[發明專利]磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制備方法

有效

• 申請號: 201710570823.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107383302B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 馮見艷;王學川;羅曉民;王宇杰;白鵬霞
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08G18/10
• 分類號: C08G18/10;C08G18/12;C08G18/48;C08G18/44;C08G18/75;C08G18/34;C08G18/66;C08K9/04;C08K3/04;C08L75/08;C08L75/04;C01B32/23
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制備方法，采用改進的Hummers法制備氧化石墨，選用氯乙基磺酸鈉對氧化石墨經磺化改性，制備磺化改性氧化石墨烯(SGO)，將SGO超聲分散在丙酮或去離子水中，在聚氨酯的制備過程中通過原位聚合或物理共混的方法添加到聚氨酯中，制備高固含量水性聚氨酯，以改善聚氨酯的力學和耐水解性，并提高水性聚氨酯的固含量。

技術領域

本發明涉及水性聚氨酯的制造技術領域，特別是涉及磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制備方法。

背景技術

隨著人們環保意識的不斷提高，合成革清潔化生產得到了當今人們的大力支持。水性聚氨酯樹脂作為溶劑型聚氨酯的替代品，具有不燃、無毒、無污染等優點，其成膜耐酸、耐堿、耐寒，透氣性好，耐屈撓，且所制成合成革成品手感豐滿，質地柔軟，舒適，深受人們的青睞。

水性聚氨酯以水為分散介質，固化速度較溶劑型慢，對水的分散性和粘度要求較高，而且固含量一般低于30％，成膜干燥速度慢，影響生產效率。目前大多數水性聚氨酯采用二羥甲基丙酸(DMPA)，不易溶解，反應活性低，乳化效果差，需要進行胺中和，因此單純的羧酸鹽型水性聚氨酯存在著乳化效果差、固含量較低、成膜干燥速度慢、成膜力學性能低、耐水解性能較差等不足。因此，尋求新的改性方法和乳化方式，提高水性聚氨酯的固含量、力學性能、耐水解性是水性聚氨酯的研究熱點之一。

石墨烯具有許多優異的性質，如：高比表面積、良好的導熱性、導電性等。一直以來受到研究者們的關注，已被廣泛用于復合材料的制備。又因石墨稀層與層之間有較強的范德華力，容易產生聚集，反應活性不高且與有機高分子之間很難相容，導致其很難直接應用到聚合物中。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制備方法，首先采用2-氯乙基磺酸鈉對氧化石墨烯進行改性，制備磺酸化改性氧化石墨烯(SGO)，在氧化石墨烯分子中引入親水性磺酸基，增加其反應活性和水溶性，再制備SGO/高固含量水性聚氨酯，該方法制得的水性聚氨酯中含有羧酸基和磺酸基兩種親水性基團，固含量高，成膜干燥速度快，成膜力學性能好、耐水解性好。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制備方法，包括以下步驟：

1)采用改進的Hummers法制備氧化石墨：將膨脹石墨、硝酸鈉、濃硫酸混合均勻，在冰水浴中反應1h；然后加入高錳酸鉀反應6h，緩慢加入去離子水稀釋，再加入雙氧水還原反應剩余的高錳酸鉀，直至無氣泡產生；靜止待分層之后，倒掉上清液；依次用0.01mol/L鹽酸、乙醇洗滌上述反應沉淀物，離心分離后將分離物放入透析袋中透析48～72h，直至pH達到6.5～7，同時用氯化鋇檢測無沉淀產生，冷凍干燥制得氧化石墨；

2)磺化改性氧化石墨烯的制備：取步驟1)制備的氧化石墨0.2～2g，氫氧化鈉1.6～16g，加入200～1000ml去離子水，加入2-氯乙磺酸鈉3～30g，在20℃～60℃、功率300W～1000w條件下超聲反應1～5h；然后加入硝酸中和反應20～40min，至pH 6.5～7.5；5000～10000r/min條件下離心5-10min，去除上層液體，用乙醇洗滌混合物3-5次，冷凍干燥，制得磺化改性氧化石墨烯(SGO)；

3)SGO分散液制備：①將磺化改性氧化石墨烯超聲分散在丙酮中，功率300w～600w條件下超聲剝離0.5～2h，制得SGO丙酮或分散液，SGO濃度為0.5～5mg/ml；②將磺化改性氧化石墨烯超聲分散在去離子水中，功率300w～600w條件下超聲剝離0.5～2h，制得SGO水分散液，SGO濃度為0.5～10mg/ml；

4)制備SGO/高固含量水性聚氨酯：