[發(fā)明專利]石墨烯改性水性聚氨酯及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810333686.4
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108676346A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)東
• 申請（專利權(quán)）人: 太倉運通新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K9/06;C08K3/04
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開了一種石墨烯改性水性聚氨酯及其制備方法。本發(fā)明以八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性氧化石墨烯、八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性碳納米管，二者能夠通過含有活性氫基團(tuán)與水性聚氨酯的羥基鍵合，以提高同聚氨酯分子主鏈的結(jié)合力；由于氧化石墨烯、碳納米管的復(fù)配摻雜，彌補(bǔ)了聚氨酯不足的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水性聚氨酯的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及石墨烯改性水性聚氨酯及其制備方法。

背景技術(shù)

聚氨酯自20世紀(jì)40年代后期開始發(fā)展，由科學(xué)家Otto Bayer等研究者利用含二或多異氰酸酯化合物(一NCO)和二或多經(jīng)基(一OH)化合物合成了一種新型聚合物，此聚合物的成功開發(fā)標(biāo)志聚氨酯的發(fā)展。而水性聚氨酯的研究始于1942年，德國科學(xué)家通過快速攪拌的方式依次借助助劑、二元胺實現(xiàn)了一NCO化合物在水中的分散，成功得到了水基PU。

水性聚氨酯(WPU)發(fā)展至今，歐洲成為了全球最大的WPU消費市場，約占全球總消費的35%，而我國僅占有率為10%，應(yīng)用領(lǐng)域集中在水性涂料、水性膠茹劑、水性密封劑、水性彈性體。據(jù)估算，在過去的2015年，無論是利潤還是銷售量上，涂料市場中的最大被需求涂料為水性聚氨酯，預(yù)計到2020年，WPU仍將是應(yīng)用市場中使用量最大的水性涂料，其在汽車、室內(nèi)裝修等終端應(yīng)用領(lǐng)域中的消費量也將持續(xù)增加。

現(xiàn)有技術(shù)中，水性聚氨酯的漆膜力學(xué)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明一方面提供一種石墨烯改性水性聚氨酯，該石墨烯改性水性聚氨酯具有較優(yōu)良的力學(xué)性能。

本發(fā)明的石墨烯改性水性聚氨酯，其由包含水性聚氨酯，和以水性聚氨酯質(zhì)量為100wt%計0.1～0.5wt% 八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性氧化石墨烯、0.05～0.25wt% 八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性碳納米管的原料共混分散而成；

其中，八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性氧化石墨烯由氧化石墨烯、占氧化石墨烯質(zhì)量1～5wt%的八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷共混分散而成；八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性碳納米管由碳納米管、占氧化石墨烯質(zhì)量1～5wt%的八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷共混分散而成。

需要說明的是，此處術(shù)語“共混”并非表明各原料組分之間僅僅是物理混合的關(guān)系（即通過分子的熱運動進(jìn)行擴(kuò)散的狀態(tài)），而包涵原料組分之間通過化學(xué)鍵合作用的反應(yīng)，共混僅僅表明一種制備的工藝而已。具體而言，對于八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性氧化石墨烯，八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷含有的氨基同氧化石墨烯帶有的羧基通過脫去水分子產(chǎn)生鍵合作用；同理，碳納米管亦然。對于石墨烯改性水性聚氨酯而言，八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性氧化石墨烯、八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷改性碳納米管同水性聚氨酯殘留的羥基等反應(yīng)產(chǎn)生鍵合。

上述氧化石墨烯（GO）可采用石墨通過公知的hummers法，于此不詳述。

八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷的獲得方式可參照現(xiàn)有方式來，例如將9 mL去離子水、4 mL丙醇、1 mL丁腈和0.2 mL氨水一次加入到燒瓶中得到非均相溶液，之后向燒瓶中加入22.0 g的γ-氨丙基三乙氧基硅氧烷，并將溶液在攪拌狀態(tài)下升溫至50℃。12h之后將析出的白色結(jié)晶物POSS過濾并用冰甲醇洗滌3次，最后80 0C真空干燥24 h，即合成。反應(yīng)式如下：

。

本發(fā)明以八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷分別對氧化石墨烯、碳納米管進(jìn)行改性，由于籠型聚倍半硅氧烷是一種多面體低聚倍半硅氧烷的納米結(jié)構(gòu)雜化體系，其相容性是介于無機(jī)相、有機(jī)相之間，能避免八氨丙基籠型聚倍半硅氧烷同無機(jī)相的氧化石墨烯、碳納米管的結(jié)合難的問題。

本發(fā)明采用改性碳納米管、改性石墨烯二者的復(fù)配，相比于二者單獨使用，能夠有效提高水性聚氨酯的力學(xué)性能。

優(yōu)選地，所述氧化石墨烯的層數(shù)為8層以下。