石墨烯改性水性聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于抗紫外线抗菌树脂材料领域，具体涉及一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料及其制备方法。针对石墨烯改性水性聚氨酯时易出现吸附团聚，改性得到的复合材料性能不好的问题，本发明专利技术提供了一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，利用三氨乙基胺或赖氨酸对氧化石墨烯进行改性，使氧化石墨烯枝接上氨基，再还原得到改性石墨烯，提高了其在水溶液、有机溶液中的分散性，同时以通过氨基以共价键结合水性聚氨酯，提高了其在复合材料中的分散性、相容性、稳定性，使水性聚氨酯具有抗菌性、耐紫外光性，同时改善其力学性能、导热性能、抗水性能和耐腐蚀性能，拓宽了石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的应用领域。氨酯复合材料的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯改性水性聚氨酯复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于抗紫外线抗菌树脂材料领域，具体涉及一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水性聚氨酯(WPU)，是一类环保材料，广泛应用于涂料、胶黏剂等领域。相较于传统溶剂型聚氨酯，WPU具有干燥速度快、耐溶剂性好、附着力强等特点。但WPU结构多为线型分子，交联密度低，因而耐水性较差、力学性能不好。且由于使用时常接触阳光，而太阳光线中含有大量对有色物质有害的紫外光，这些紫外光通过化学上的氧化还原作用，会使涂料的颜色发生变化，通常水性聚氨酯产品的耐紫外线性能也不佳。
[0003]石墨烯是一种具有独特的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的抗菌性、导热性、导电性、力学性能，若能用石墨烯改性水性聚氨酯，就能使水性聚氨酯抗菌、耐紫外光，同时改善其力学性能、导热性能、抗水性能和耐腐蚀性能。但由于石墨烯片层间强的范德华力(π
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π堆积)，石墨烯容易吸附团聚在一起，若直接与其他材料熔融混合，则石墨烯在复合材料中的分散性、相容性、稳定性都不会太好。因此，使用石墨烯改性水性聚氨酯需要克服石墨烯的吸附团聚问题，急需开发一种有效的石墨烯改性水性聚氨酯的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题为：使用石墨烯改性水性聚氨酯时，石墨烯易吸附团聚，影响石墨烯的分散性和稳定性，从而改性得到的复合材料性能不好的问题。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：提供一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：
[0006]a、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散得到氧化石墨烯分散液，加入改性剂和碳酸钾粉末，常温下搅拌16
‑
28h；透析除去碳酸钾和过量的改性剂，加入还原剂，在60
‑
100℃下反应12
‑
72h，得到改性混合液，抽滤，得到固态物质，将固态物质洗涤至中性，在40
‑
80℃真空干燥，得到改性石墨烯；将其溶解于水中，得到改性石墨烯溶液；
[0007]b、将低聚物多元醇和催化剂加入二异氰酸酯中，在50℃超声处理条件下反应1
‑
2h，然后升温至65℃，加入亲水剂，在此温度下进行反应6
‑
8h，再调节适当粘度，降温至25～35℃，加入中和剂中和10
‑
30min，获得水性聚氨酯预聚体；
[0008]c、将步骤a得到的改性石墨烯水溶液加入到步骤b得到的水性聚氨酯预聚体中，高速搅拌乳化20
‑
40min，制得石墨烯改性水性聚氨酯复合材料。
[0009]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤a所述的改性剂为三氨乙基胺或赖氨酸的四氢呋喃分散液。
[0010]进一步的，若改性剂为赖氨酸的四氢呋喃分散液，则浓度为1.5
‑
10mg/mL。
[0011]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤a所述超声分散的频率为40
‑
60KHz，时长40
‑
60min。
[0012]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤a所述的氧化石墨烯：改性剂：碳酸钾：去离子水的比例＝1
‑
1.5g:2.5
‑
3.5g:0.5
‑
0.8g:4
‑
8mL。
[0013]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤a所述的还原剂为水合肼、维生素C或葡萄糖中的一种。
[0014]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤a所述的洗涤为依次采用乙醇和去离子水洗涤，洗涤次数为至少两次。
[0015]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的低聚物多元醇为聚环氧丙烷多元醇、聚氧化丙烯、聚碳酸酯多元醇、聚环氧丙烷多元醇、聚环氧乙烷多元醇或聚醚二元醇中的一种或多种。
[0016]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
[0017]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
[0018]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的亲水剂为二异丙醇胺、二乙醇胺或1,2
‑
二羟基
‑3‑
丙磺酸钠中的一种。
[0019]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的中和剂为三乙胺或氨水中的一种或多种。
[0020]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的低聚物多元醇、二异氰酸酯、催化剂和亲水剂的摩尔比为10:40～50:4～15:22～28。
[0021]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤b所述的改性石墨烯水溶液中改性石墨烯的质量为所述
‑
NCO封端的线性聚氨酯预聚体质量的0.5～2％。
[0022]其中，上述石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法中，步骤c所述的高速搅拌的搅拌速度为800～2500r/min。
[0023]本专利技术还提供了一种由上述方法制备得到的石墨烯改性水性聚氨酯复合材料。
[0024]本专利技术有益效果为：
[0025]本专利技术提供了一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，利用三氨乙基胺或赖氨酸对氧化石墨烯进行改性，使氧化石墨烯枝接上氨基，再还原得到改性石墨烯，提高了其在水溶液、有机溶液中的分散性，同时以通过氨基以共价键结合水性聚氨酯，提高了其在复合材料中的分散性、相容性、稳定性，使水性聚氨酯具有抗菌性、耐紫外光性，同时改善其力学性能、导热性能、抗水性能和耐腐蚀性能。本专利技术制备的石墨烯改性水性聚氨酯，可用于医院手术室、食品发酵车间、药品加工工厂等卫生要求严格场所的内墙表面以及使用频率较高的家具、家电、织物等需抗菌的物体表面。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]a、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散得到氧化石墨烯分散液，加入改性剂和碳酸钾粉末，常温下搅拌16
‑
28h；透析除去碳酸钾和过量的改性剂，加入还原剂，在60
‑
100℃下反应12
‑
72h，得到改性混合液，抽滤，得到固态物质，将固态物质洗涤至中性，在40
‑
80℃真空干燥，得到改性石墨烯；将其溶解于水中，得到改性石墨烯溶液；
[0028]b、将低聚物多元醇和催化剂加入二异氰酸酯中，在50℃超声处理条件下反应1
‑
2h，然后升温至65本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散得到氧化石墨烯分散液，加入改性剂和碳酸钾粉末，常温下搅拌16
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28h；透析除去碳酸钾和过量的改性剂，加入还原剂，在60
‑
100℃下反应12
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72h，得到改性混合液，抽滤，得到固态物质，将固态物质洗涤至中性，在40
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80℃真空干燥，得到改性石墨烯；将其溶解于水中，得到改性石墨烯溶液；b、将低聚物多元醇和催化剂加入二异氰酸酯中，在50℃超声处理条件下反应1
‑
2h，然后升温至65℃，加入亲水剂，在此温度下进行反应6
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8h，再调节适当粘度，降温至25～35℃，加入中和剂中和10
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30min，获得水性聚氨酯预聚体；c、将步骤a得到的改性石墨烯水溶液加入到步骤b得到的水性聚氨酯预聚体中，高速搅拌乳化20
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40min，制得石墨烯改性水性聚氨酯复合材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述的改性剂为三氨乙基胺或赖氨酸的四氢呋喃分散液。3.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述超声分散的频率为40
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60KHz，时长40
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60min。4.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述的氧化石墨烯：改性剂：碳酸钾：去离子水的比例＝1
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1.5g:2.5

【专利技术属性】
技术研发人员：侯伟盛，潘登，张浩轩，
申请(专利权)人：深圳环能石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：