[發明專利]一種抗紫外、防靜電的自修復水性聚氨酯改性石墨烯復合涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202010552448.X
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111607318A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 杜衛寧;林蔣
• 申請（專利權）人: 林蔣
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D5/24;C08G18/75;C08G18/73;C08G18/66;C08G18/44;C08G18/38;C08G18/34;C08G18/12
• 代理公司: 溫州知西思悟專利代理事務所(普通合伙) 33379
• 代理人: 姚丙乾

本發明公開了一種抗紫外、防靜電的自修復水性聚氨酯改性石墨烯復合涂層的制備方法，所述的復合涂層是由納米二氧化鈦負載的改性石墨烯與含雙硫鍵自修復水性聚氨酯預聚物通過溶液聚合而得，其中改性石墨烯是由氧化石墨烯、納米二氧化鈦與二異氰酸酯共價修飾而得，且該復合涂層能夠協同發揮石墨烯及其表面負載的納米二氧化鈦，賦予水性聚氨酯材料良好的抗紫外、防靜電性能。同時，水性聚氨酯主鏈含動態雙硫鍵，在室溫可見光下即可對聚氨酯斷截面、劃痕等損傷進行修復；本發明提供的制備方法成本低、操作簡便，所制備的復合涂層具有良好的抗紫外、防靜電和光致自修復性能，可應用于皮革、紡織、木材等智能涂層領域。

技術領域

本發明涉及皮革、紡織、木材等智能涂層領域，特別涉及一種抗紫外、防靜電的自修復水性聚氨酯改性石墨烯復合涂層的制備方法。

背景技術

水性聚氨酯涂層材料因其質輕、加工簡單、性質穩定、黏附力強等優點，廣泛地應用于建筑、輕工、航天等領域(Angewandte Chemie，2013， 52：9422-9435)。然而，水性聚氨酯涂層材料在使用或放置過程中易產生微裂紋、老化等損傷，極大限制了材料的安全性和實用性，繼而影響材料的應用性能(Chemical Engineering Journal，2019，368：1033-1044)。基于生物體的自我修復能力和動態化學理論，在水性聚氨酯結構中引入動態共價鍵和，在光、熱、電、磁等外界刺激下使材料本身發生共價或非共價作用實現自修復(AdvancedFunctional Materials，2018，28：1706050)。芳香族雙硫鍵在的室溫條件下可進行動態交換，有文獻將含雙硫鍵的小分子單體、異氰酸根封端的水性聚氨酯預聚物進行聚合，得到了一種具有自修復功能的聚氨酯-聚脲彈性體，能夠在室溫下促發雙硫鍵的分子鏈進行動態交換從而實現自愈合(Macromolecular Rapid Communications，2015， 36：1255-1260)。

由于大多數聚氨酯涂層材料在紫外光下易老化，且不具備防靜電功能，嚴重影響了涂層材料的外觀和應用性能，制約了其應用范圍。傳統的耐老化劑或導電劑能常用于抗紫外或防靜電聚氨酯涂層材料的制備，但存在用量大、難分散的瓶頸問題，與聚氨酯基體復合時往往需要外加分散劑，存在一定的局限性(Composites Part B:Engineering，2019，172：555-563)。

隨著有機/無機納米復合材料研究的深入，將具有吸收紫外光和導電功能的無機納米材料復合到聚合物基體有望協同提高聚合物涂層的抗紫外、防靜電性能(Progress inMaterials Science，2018，97：230-282)。石墨烯是由sp²雜化的碳原子鍵合而形成的具有六方點陣蜂窩狀晶格結構的二維層狀材料，具有高比表面、高電導率、高吸光等特點，在聚合物復合材料領域應用廣泛(Carbon，2015，93：555-573)。然而，石墨烯片層之間有較強的范德華力，在聚氨酯基體中易團聚，并且石墨烯在聚氨酯基體中的負載量以及對聚氨酯的紫外光吸收(反射)率和導電率的提高都非常有限。因此，如何制備一種高效分散且大幅度提升水性聚氨酯涂層抗紫外光和靜電性能的功能化石墨烯是一亟待解決的問題。氧化石墨烯是石墨烯的重要衍生物之一，制備簡便、成本低，并且氧化石墨烯表面存在大量的含氧活性基團(如羥基、羧基、環氧基等)，易于進行選擇性的化學接枝改性。此外，納米二氧化鈦作為一種球形納米材料，具有較好的屏蔽紫外線、導電等性能(Polymer Testing，2011，30：381-389)。基于此，可通過含異氰酸根的有機小分子對氧化石墨烯和納米二氧化鈦進行化學鍵連，制備納米二氧化鈦負載的改性石墨烯，并進一步與含雙硫鍵自修復聚氨酯預聚物進行聚合，不僅能夠解決石墨烯在水性聚氨酯基體中的分散性問題，同時能顯著提高自修復水性聚氨酯涂層材料的抗紫外、防靜電性能。