[發明專利]一種水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液的制備方法

有效

• 申請號: 201711095704.1
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107828046B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 顧飚;張丹丹;孫萌;楊一帆;李振;董衛龍;張勝文
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/44;C08G18/34;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明首先采用改進Hummers法制備氧化石墨烯分散液，然后用多巴胺表面改性氧化石墨烯，并將其與水性聚氨酯復合制備水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液，屬于有機?無機納米復合材料領域。本發明以低聚物多元醇為軟段，異氰酸酯化合物為硬段，在水性聚氨酯制備過程中原位引入多巴胺改性氧化石墨烯分散液，制得水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液。多巴胺改性石墨烯的引入有效提高了水性聚氨酯膜及涂層的力學性能、抗靜電、導電性能、電磁屏蔽、導熱性、耐化學性、耐腐蝕性等。該水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液和膠粉在涂料、膠粘劑、油墨、表面處理劑、彈性體、發泡材料、功能薄膜等領域有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液的制備方法，特別涉及多巴胺表面改性氧化石墨烯的制備及水性聚氨酯與多巴胺改性氧化石墨烯分散液復合制備水性聚氨酯/石墨烯納米復合乳液，屬于有機-無機納米復合材料領域。

背景技術

水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質，其綜合性能較好，安全環保,在涂料、膠粘劑、油墨、密封劑和表面處理劑等領域得到日益廣泛的應用。但是其乳膠膜的力學性能(強度、模量)、耐化學性等方面還不能與傳統的溶劑型聚氨酯相媲美，因而限制了水性聚氨酯的進一步廣泛應用。將無機納米材料如二氧化硅、粘土等引入水性聚氨酯體系可以有效提高聚氨酯膜的模量、拉伸強度、硬度、耐磨性等。

石墨烯是由碳原子sp2雜化構成的二維層狀材料，其厚度僅為單層碳原子厚度，石墨烯具有獨特的物理性能，如機械性能強、熱導率高、電學性能優異、比表面積大、光學性能良好。在聚合物中加入少量石墨烯就可以顯著提高復合材料的機械性能、導電性能以及熱穩定性等各方面的性能。但是這種優異性能的提高主要取決于石墨烯在聚合物體系中的分散程度。由于石墨烯不親水也不親油，且反應活性較低，再加上其相鄰片層之間易產生強烈的堆疊趨勢，導致其在聚合物中容易發生團聚，不易分散。而石墨烯衍生物-氧化石墨烯表面含有羥基、環氧基和邊緣存在羧基等極性基團，其在水中具有良好的分散性。為進一步促進氧化石墨烯在水中的分散性，已有研究采用小分子、天然高分子(如明膠)、聚合物(如聚賴氨酸)等表面改性氧化石墨烯，促進氧化石墨烯在聚合物中的分散性與相容性，增強復合材料性能。

多巴胺是一個常見的激素和神經遞質，它包含了許多胺官能團和兒茶酚官能團，故可被選作為一個專業分子模仿用于粘合蛋白質.在一個微堿的條件下(pH＝8.5)，多巴胺會自聚合成具有粘性的聚合物—聚多巴胺(PDA)，通過兒茶酚基團氧化成醌的形式，能夠粘附在各種各樣的基質上。此外，多巴胺也可以用來作為氧化石墨烯的還原劑。

因此，本發明主要采用多巴胺改性氧化石墨烯，在水性聚氨酯中原位引入多巴胺改性氧化石墨烯分散液，還原處理制得水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液，進行成膜并干燥。該發明充分利用多巴胺的特性，增強石墨烯與水性聚氨酯之間的化學反應從而制得分散均勻、相容性較好的復合乳液，提高水性聚氨酯乳膠膜的分散性及力學性能。該水性聚氨酯/石墨烯納米復合乳液在涂料、膠粘劑、油墨、表面處理劑、彈性體、發泡材料、功能薄膜等領域有較好的應用前景。

發明內容

本發明目的是提供一種水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液的制備方法，即將水性聚氨酯滴加到多巴胺改性氧化石墨烯分散液中，加水乳化、之后還原處理，可得水性聚氨酯石墨烯納米復合乳液。多巴胺改性石墨烯分散液的加入有效提高了水性聚氨酯乳膠膜的拉伸強度和楊氏模量，即力學性能。

本發明的技術方案：

1.一種水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯納米復合乳液的制備方法，其特征在于組成包括：30wt％-50wt％的低聚物多元醇，20wt％-40wt％的二異氰酸酯化合物，3wt％-7wt％的親水單體，2wt％-8wt％的氫氧化物，0.01wt％-30wt％的多巴胺改性石墨烯，制備方法步驟為：