CN103788323B - 一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法。将聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，反应得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应，降温，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应，得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料。本发明简便、成本低、可控性强，适合大规模工业化生产，制备的纳米复合材料可应用于各种防腐涂料、建筑涂料、工程材料等领域。

Description

一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备方法，尤其涉及一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法。
背景技术
水性聚氨酯（WPU）具有溶剂型聚氨酯的性能，又克服了溶剂挥发对环境的污染，在汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料等方面有极大的应用前景。但是WPU的热稳定性、耐溶剂性及力学性能等较低，影响其应用范围，因此为了提供WPU的综合性能，要对其进行有效的改性。其中，氧化石墨烯作为新型的纳米材料具有很好的力学性能、耐溶剂性及水溶液分散性等优点，这种新型纳米材料加入水性聚氨酯中将会提高复合材料的综合性能。2013年公布的专利CN103254400A公布了一种氧化石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备方法，利用氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）对氧化石墨烯表面修饰，降低氧化石墨烯片层的亲水性，烘干后再加入丙酮或DMF有机溶剂中和多元醇混合再进行原位反应的过程，制备的复合材料分散均匀，但是制备氧化石墨烯工艺复杂，然后再干燥后分散加入溶剂中分散进行原位反应，2013年公布的专利CN103131232A公布了一种高性能水性石墨烯导电涂料及其制备方法，先通过化学氧化法制备氧化石墨烯再用水合肼还原得到石墨烯溶液，然后加入水性聚酯，中和剂、流平剂、消泡剂等制备导电涂料；2013年公布的专利CN103319999A公布了一种基于石墨烯的新型电磁辐射保护膜的制备方法，将氧化石墨烯用水合肼还原后烘干再加入水性聚氨酯乳液，再加入硅烷偶联剂，最后制成防电磁辐射涂料。以上发明存在的问题有：一是工艺复杂，二是加入有机溶剂越多越难去除，三是所加的氧化石墨烯的量少；因此，针对其他发明的不足，本发明从分散和相容性两者考虑，利用氧化石墨烯水溶液，通过原位聚合法，在制备水性聚氨酯的加水乳化反应过程加入氧化石墨烯溶液、去离子水和乙二胺乳化，制备氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法。
将数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，70-90℃下反应1-2h得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应1-3h，降温至40-50℃，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌15-45分钟；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应2-3h，得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，70-100℃下烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料，二苯甲烷二异氰酸酯:聚醚多元醇（N220）:二羟基丙酸:三乙胺:乙二胺的摩尔比是2-4:1-2:0.6-0.8:0.6-0.8:0.5-0.6。
所述的氧化石墨烯的水溶液浓度为10-50mg/ml。所述的氧化石墨烯的水溶液中加入质量百分比为0.1%-0.5%的聚乙烯醇。
本发明简便、成本低、可控性强，适合大规模工业化生产，制备的纳米复合材料可应用于各种防腐涂料、建筑涂料、工程材料等领域。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明内容：
实施例1：
将数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，70℃下反应1h得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应1h，降温至40℃，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌15分钟；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应2h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，70℃下烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料，二苯甲烷二异氰酸酯:聚醚多元醇（N220）:二羟基丙酸:三乙胺:乙二胺的摩尔比是2:1:0.6:0.6:0.5，氧化石墨烯的水溶液浓度为10mg/ml，氧化石墨烯的水溶液中加入质量百分比为0.1%的聚乙烯醇。
实施例2：
将数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，90℃下反应2h得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应3h，降温至50℃，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌45分钟；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应3h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，100℃下烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料，二苯甲烷二异氰酸酯:聚醚多元醇（N220）:二羟基丙酸:三乙胺:乙二胺的摩尔比是4:2:0.8:0.8:0.6，氧化石墨烯的水溶液浓度为50mg/ml，氧化石墨烯的水溶液中加入质量百分比为0.5%的聚乙烯醇。
实施例3：
将数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，80℃下反应1.5h得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应2h，降温至45℃，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌35分钟；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应2.5h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，80℃下烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料，二苯甲烷二异氰酸酯:聚醚多元醇（N220）:二羟基丙酸:三乙胺:乙二胺的摩尔比是3:1.6:0.7:0.7:0.55，氧化石墨烯的水溶液浓度为40mg/ml,氧化石墨烯的水溶液中加入质量百分比为0.2%的聚乙烯醇。
实施例4：
将20g数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入5g二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，反应1.5h得到预聚体；加入0.89g二羟基丙酸引入亲水基，反应2h后则降至50℃，滴加丙酮稀释，加入0.67g三乙胺继续搅拌15分钟；将氧化石墨烯配成50mg/ml水溶液，再加入质量百分比为0.1%的聚乙烯吡咯烷酮；在高速搅拌下加入4ml氧化石墨烯水溶液、40ml去离子水和0.2g乙二胺进行乳化反应2h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液；将上述氧化石墨烯/水性聚氨酯乳液在70℃下聚四氟乙烯模具中干燥得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料。
实施例5：
将60g数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入15g二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，反应1.5h得到预聚体；加入2.67g二羟基丙酸引入亲水基，反应2h后则降至50℃，滴加丙酮稀释，加入1.98g三乙胺继续搅拌15分钟；将氧化石墨烯配成10mg/ml水溶液，再加入质量百分比为0.5%的聚乙烯吡咯烷酮；在高速搅拌下加入10ml氧化石墨烯水溶液、100ml去离子水和0.57g乙二胺进行乳化反应2.5h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液；将上述氧化石墨烯/水性聚氨酯乳液在100℃下聚四氟乙烯模具中干燥得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料。
实施例6：
将80g数均分子量2000的聚醚多元醇（N220）真空脱水后，加入20g二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，反应1.5h得到预聚体；加入3.4g二羟基丙酸引入亲水基，反应2h后则降至50℃，滴加丙酮稀释，加入2.64g三乙胺继续搅拌15分钟；将氧化石墨烯配成20mg/ml水溶液，再加入0.4%的聚乙烯吡咯烷酮；在高速搅拌下加入8ml氧化石墨烯水溶液、150ml去离子水和0.8g乙二胺进行乳化反应3h，即得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液；将上述氧化石墨烯/水性聚氨酯乳液在80℃下聚四氟乙烯模具中干燥得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：将数均分子量2000的聚醚多元醇N220真空脱水后，加入二苯甲烷二异氰酸酯混合均匀，70-90℃下反应1-2h得到预聚体；加入二羟基丙酸引入亲水基，反应1-3h，降温至40-50℃，滴加丙酮稀释，加入三乙胺继续搅拌15-45分钟；在高速搅拌下加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应2-3h，得到氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液，70-100℃下烘干，即得氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料，二苯甲烷二异氰酸酯:聚醚多元醇N220:二羟基丙酸:三乙胺:乙二胺的摩尔比是2-4:1-2:0.6-0.8:0.6-0.8:0.5-0.6。
2.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯的水溶液浓度为10-50mg/ml。
3.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯的水溶液中加入质量百分比为0.1%-0.5%的聚乙烯醇。
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