[發明專利]制備碳納米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料與粘合劑的方法

在審

• 申請號: 201510699527.2
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105153921A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 段寶榮;王全杰;唐志海;丁海燕;張萌萌;候立杰;王延青;劉桂林;錢升旭
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C09D175/08
• 分類號: C09D175/08;C09D7/12;C09J175/08;C09J11/04;C08G18/75;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/38;C08G18/12;C08G18/24;C08G18/32;C08G18/34
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 梁翠榮

技術領域

本發明涉及一種水性聚氨酯涂料和粘合劑的制備方法，特別涉及一種制備碳納米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料與粘合劑的方法。

背景技術

聚氨酯主要應用于皮革涂飾、紡織印染、造紙業、建筑涂料以及膠粘劑等領域。由于噴涂于內外墻體、家具或者金屬器具表面的涂料和油漆，與人類直接或間接接觸，因此有毒、有害涂料時刻威脅著人們的健康。另外，由于使用的領域常接觸太陽光，而太陽光線中含有大量對有色物體有害的紫外光，其波長約290～460nm，這些有害的紫外光通過化學上的氧化還原作用，使涂料發生顏色的變化。

聚氨酯進行聚合常采用二月桂酸二丁基錫做催化劑，但由于重金屬錫隨著聚氨酯的降解而對環境造成危害，如何對二月桂酸二丁基錫催化殘余的錫進行固定，降低聚氨酯涂料殘余物對環境的危害程度，已經成為一個技術難題。

為了提高聚氨酯樹脂的耐光性，常采用加入紫外線吸收劑和抗氧化劑的方式，但傳統的合成抗氧化劑有叔丁基羥基茴香醚、過氧化氫叔丁基和叔丁基對苯二酚等具有較大的毒副作用和致癌性，而用傳統的加入有機硅材料提高防水性的效果不能令人滿意，因此需要尋找更加高效環保的防水和耐光措施。

與其他大多數高分子材料一樣，聚氨酯不耐熱，容易被點燃，產生毒性氣體，危害人身財產安全。使聚氨酯制品具有一定的阻燃性，添加阻燃劑是最常用的方法，目前經常添加的阻燃劑是磷酸酯和鹵代磷酸酯，這類阻燃劑對于提高聚氨酯的阻燃性效果并不理想。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種制備碳納米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料與粘合劑的方法，通過碳納米管石墨烯對水性聚氨酯涂料進行改性，提高水性聚氨酯的阻燃性和耐光性，并降低聚氨酯的毒性。

一種制備碳納米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料與粘合劑的方法，特征在于：

（1）、制備羧基化碳納米管石墨烯納米片材：將一定量的碳納米管、石墨烯片材、4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸分別加入到質子酸中混合，反應溫度為60～80℃，在超聲功率為400W、超聲頻率為80KHz的超聲波清洗器中冷凝回流2~5h，超聲后用350mL去離子水稀釋，然后抽濾，用去離子水反復洗滌直至中性，最后在80℃下烘干，研磨至微細粉末狀，得到羧基化碳納米管石墨烯片材；

其中，每100mL質子酸加入的石墨烯片材量為0.2g，每100mL質子酸加入為碳納米管量為0.1g；4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸加入量分別為碳納米管重量的300%和200%；

（2）、制備聚氨酯預聚體A：將聚四氫呋喃醚二醇與異佛爾酮二異氰酸酯按重量比1:1~4:1混合，加入二月桂酸二丁基錫催化劑，于60~80℃下反應2~3h，加入2-磺基苯甲酸酐和步驟（1）制備的羧基化碳納米管石墨烯片材，反應時間2h，反應溫度90℃，得到聚氨酯預聚體A；

所述催化劑用量為聚四氫呋喃醚二醇與異佛爾酮二異氰酸酯總重量的0.1~0.4％，2-磺基苯甲酸酐用量為聚四氫呋喃醚二醇、異佛爾酮二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫總重量的0.2~0.4％；羧基化碳納米管石墨烯片材用量為聚四氫呋喃醚二醇、異佛爾酮二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫總重量的0.05%；

（3）、制備水性聚氨酯涂料與粘合劑：向步驟（2）制備的預聚體A中加入預聚體A重量1.5~3.5％的擴鏈劑和預聚體A重量18~30％的丙酮，于65~75℃條件下反應1.8~3.2h，分別加入預聚體A重量0.5~1.2%的D-泛醇和預聚體A重量0.8~2.0%的2,4,6-三羥基苯甲酸，反應溫度75~85℃，反應時間0.5~2h，加入預聚體A重量12~15%的三乙胺和預聚體A重量1%的苯甲酰胺進行中和反應30~50min，加水進行乳化，得到水性聚氨酯涂料與粘合劑。

所述的石墨烯片材為化學氣相沉積法生產的石墨烯片材，長度0.1~10μm，寬度0.1~10μm，厚度1~10nm，純度99.5（wt.）%，比表面積500~2600m²/g。

所述質子酸為濃硝酸和濃硫酸中的一種。

所述碳納米管為單壁碳納米管，直徑在0.8~1.6nm之間以內并且平均直徑為1nm，長度在5~30um之間。

聚四氫呋喃醚二醇的分子量為500。

擴鏈劑為對氨基苯磺酰胺、氯噻嗪、水楊酰胺、N-甲基乙酰胺、甲基丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺中的任意一種。