[发明专利]制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯涂料和粘合剂的制备方法，特别涉及一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法。

背景技术

聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料以及胶粘剂等领域。由于喷涂于内外墙体、家具或者金属器具表面的涂料和油漆，与人类直接或间接接触，因此有毒、有害涂料时刻威胁着人们的健康。另外，由于使用的领域常接触太阳光，而太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290～460nm，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用，使涂料发生颜色的变化。

聚氨酯进行聚合常采用二月桂酸二丁基锡做催化剂，但由于重金属锡随着聚氨酯的降解而对环境造成危害，如何对二月桂酸二丁基锡催化残余的锡进行固定，降低聚氨酯涂料残余物对环境的危害程度，已经成为一个技术难题。

为了提高聚氨酯树脂的耐光性，常采用加入紫外线吸收剂和抗氧化剂的方式，但传统的合成抗氧化剂有叔丁基羟基茴香醚、过氧化氢叔丁基和叔丁基对苯二酚等具有较大的毒副作用和致癌性，而用传统的加入有机硅材料提高防水性的效果不能令人满意，因此需要寻找更加高效环保的防水和耐光措施。

与其他大多数高分子材料一样，聚氨酯不耐热，容易被点燃，产生毒性气体，危害人身财产安全。使聚氨酯制品具有一定的阻燃性，添加阻燃剂是最常用的方法，目前经常添加的阻燃剂是磷酸酯和卤代磷酸酯，这类阻燃剂对于提高聚氨酯的阻燃性效果并不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，通过碳纳米管石墨烯对水性聚氨酯涂料进行改性，提高水性聚氨酯的阻燃性和耐光性，并降低聚氨酯的毒性。

一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，特征在于：

（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材：将一定量的碳纳米管、石墨烯片材、4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸分别加入到质子酸中混合，反应温度为60～80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流2~5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后抽滤，用去离子水反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘干，研磨至微细粉末状，得到羧基化碳纳米管石墨烯片材；

其中，每100mL质子酸加入的石墨烯片材量为0.2g，每100mL质子酸加入为碳纳米管量为0.1g；4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸加入量分别为碳纳米管重量的300%和200%；

（2）、制备聚氨酯预聚体A：将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯按重量比1:1~4:1混合，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，于60~80℃下反应2~3h，加入2-磺基苯甲酸酐和步骤（1）制备的羧基化碳纳米管石墨烯片材，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A；

所述催化剂用量为聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯总重量的0.1~0.4％，2-磺基苯甲酸酐用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.2~0.4％；羧基化碳纳米管石墨烯片材用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.05%；

（3）、制备水性聚氨酯涂料与粘合剂：向步骤（2）制备的预聚体A中加入预聚体A重量1.5~3.5％的扩链剂和预聚体A重量18~30％的丙酮，于65~75℃条件下反应1.8~3.2h，分别加入预聚体A重量0.5~1.2%的D-泛醇和预聚体A重量0.8~2.0%的2,4,6-三羟基苯甲酸，反应温度75~85℃，反应时间0.5~2h，加入预聚体A重量12~15%的三乙胺和预聚体A重量1%的苯甲酰胺进行中和反应30~50min，加水进行乳化，得到水性聚氨酯涂料与粘合剂。

所述的石墨烯片材为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1~10nm，纯度99.5（wt.）%，比表面积500~2600m²/g。

所述质子酸为浓硝酸和浓硫酸中的一种。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管，直径在0.8~1.6nm之间以内并且平均直径为1nm，长度在5~30um之间。

聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500。

扩链剂为对氨基苯磺酰胺、氯噻嗪、水杨酰胺、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种。