[发明专利]一种石墨烯-氟改性水性聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑氟改性水性聚氨酯树脂，由多异氰酸酯、多元醇、多元胺类扩链剂、低聚物多元醇、二羟甲基丙酸、石墨烯、羟基丙烯酸、氟烯类单体、丙烯酸类单体、中和剂和去离子水通过化学反应制得；本发明还提供一种石墨烯‑氟改性水性聚氨酯树脂的制备方法；本发明制得的石墨烯‑氟改性水性聚氨酯树脂具有良好的附着力、耐沾污性、高硬度、防腐性、耐久性、疏水性、防静电和自洁等性能，可用于单组分水性涂料、双组分水性涂料、常温固化涂料；广泛用于水性木器涂料、水性工业涂料、水性防污涂料、水性防腐涂料、水性抗静电涂料以及水性特种工程涂料如风能发电、核电、船舶涂料等。

技术领域

本发明涉及一种改性水性聚氨酯树脂的制备方法，尤其涉及到一种表面张力极低、具有良好的疏水防污抗静电功能的石墨烯-氟改性水性聚氨酯树脂，属于合成树脂技术领域。

背景技术

目前作用于塑料、木材、金属等表面进行防污防水处理的表面处理剂，由于存在涂抹后涂层表面分散不均、表面张力过大，这使得基材涂层表面极易被污染且不易清洁，因此低表面能疏水涂料在科学研究领域受到了广泛关注。

聚氨酯主要由醇和异氰酸酯反应而成，反应原料及工艺因素对聚氨酯材料形态有很大影响，能够根据不同使用要求对软段、硬段进行有机结合，从而达到研究者对特殊聚合物的设计，为了综合聚氨酯和石墨烯的优良性能，现有技术对两者形成复合材料的方法性能进行了大量研究。通过添加石墨烯可以改进涂料的防腐性，导电导热性，以及阻燃性和力学性能，但基于石墨烯在水性体系中容易发生团聚而沉降，限制其应用，因此，采用化学方法共性石墨烯与聚氨酯树脂成为发展潮流。

中国专利号CN103467676A公开了一种水性氧化石墨烯改性聚(氨酯-丙烯酸酯)复合材料的制备方法。所制得的复合材料的乳液均一、稳定，固化膜具有较好的力学性能，但是其表面张力较大，难以适应特殊涂层的应用。

随着科技水平的不断进步和人们环保意识的不断增强，不含或少含挥发性物质的树脂己成为新的发展方向，溶剂型树脂正逐步被水性树脂所替代，水性树脂的开发与研究越来越受到人们的重视。

发明内容

由于氟原子半径小且具有很强的电负性，因此其对碳链具有屏蔽保护作用，这使得氟聚合物具有优异的热稳定性、耐候性和化学惰性，以及独特的低表面张力、低表面自由能和低摩擦系数，这赋予了氟聚合物拥有优异的憎水、憎油性，是低表面能材料研究领域的一类重要聚合物。

而石墨烯具有优异的综合性能，如高导电性、导热性、高强度等特性，而且石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，它是一种由单层sp²杂化碳原子组成的二维片状材料，其特殊的结构决定了它具有特殊的性能，石墨烯经强氧化剂氧化后可以制备成氧化石墨烯，氧化石墨烯片层含有大量羟基等活性基团。近年来以氧化石墨烯制备的纳米复合材料表现出非常优越的性能，越来越受到人们的热捧。

本发明结合了聚氨酯树脂、石墨烯和氟原子的特种性能，这能充分发挥聚氨酯硬度大、耐磨损、柔韧性好、附着性能及保光保色性能优良等特点，还能结合氟原子半径小、具有很低的表面张力等优良性能以及石墨烯优良的导电性能，这不仅能满足低表面能防水防污的需求，也满足防静电要求，更能保证其对环境无污染，适应可持续发展路线。

本发明在聚氨酯树脂中引入二羟甲基丙酸DMPA，这使得其能与中和剂中和后形成稳定的水性树脂。

为了解决上述所述的技术问题，本发明在聚氨酯树脂中分子结构上引入有氟元素以及石墨烯对其改性，改性后的聚氨酯树脂具有良好的耐候性，抗污、防静电等性能，改善了聚氨酯树脂性能的不足。

本发明的目的旨在提供一种石墨烯-氟改性水性聚氨酯树脂。

本发明的另一目的在于提供一种石墨烯-氟改性水性聚氨酯树脂的制备方法。