[发明专利]一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性水性聚氨酯‑环氧树脂及其制备方法，按重量份计，其组成为：多异氰酸酯8.0～20.0份、多元醇2.0～6.0份、多元胺类扩链剂0.5～2.0份、低聚物聚醚多元醇4.0～10.0份、二羟甲基丙酸1.5～4.5份、环氧树脂4.0～15.0份、二月桂酸二丁基锡0.01～0.1份、石墨烯0.5～2.5份、丙酮4.0～10.0份、中和剂1.0～3.0份、蒸馏水48.0～68.0份；本发明制得的石墨烯改性水性聚氨酯‑环氧树脂具有良好的附着力、耐腐蚀、耐水性、耐碱性、耐磨性、防静电、高硬度等特点，广泛用于海洋领域、铁构件、木器涂料、防静电涂料、导电涂料、防污防水涂料，其应用潜力都非常巨大。

技术领域

本发明涉及一种改性水性聚氨酯-环氧树脂的制备方法，尤其涉及到一种多功能的石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂及其制备方法，属于水性树脂合成技术领域。

背景技术

聚氨酯体系的优点在于有丰富的二元酸、二元醇聚合单体可供选择，其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，因此能够根据不同使用要求对软段、硬段进行有机结合，从而达到设计的目的。但聚氨酯树脂存在遇潮易起泡、耐酸碱性差等问题，一般的聚氨酯绝缘性高，易产生静电，使其在特殊领域的应用受到限制。而环氧树脂由于其具有优异的物理化学性能，且其固化物具有机械性能高、化学稳定性好、固化收缩率低以及加工性能良好等优点，被广泛应用于航空航天、交通运输及民用设施领域。

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”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21 世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命，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，世界范围内已经有很多文献和专利报道石墨烯增强复合材料。中国专利CN104140639公开了一种石墨烯/环氧树脂复合材料：与纯的环氧树脂相比，拉伸强度提高了34.9％～124.8％，冲击强度提高了15.4％～105.1％，玻璃化转变温度提高了5℃～19℃，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。

中国专利CN104762051A公开了变压器铁心端面用石墨烯/环氧树脂复合胶粘剂及制作方法：将石墨烯分散到环氧树脂单体溶液中，加入活性增韧剂，活性稀释剂，溶剂。其采用物理混合将石墨烯加入环氧树脂中，其稳定性较差。

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。

本发明利用氧化石墨烯的羟基、环氧树脂的特殊基团与聚氨酯发生化学反应，采用化学键相连，其兼顾了石墨烯与环氧树脂的特殊性能，有效改善了聚氨酯树脂、环氧树脂材料的机械强度、防腐、耐热性能、耐紫外线、耐氧化降解以及绝缘易产生静电等性能。

发明内容

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以化学键形式引入环氧树脂进行改性，改性后的聚氨酯树脂具有防腐蚀好、附着力好以及耐臭氧等性能；同时引入聚醚多元醇，有效改善了聚氨酯-环氧树脂耐水解性差等问题。

在聚氨酯-环氧树脂上引入特种石墨烯进行化学改性，石墨烯经由强氧化剂氧化后可以制备成氧化石墨，氧化石墨片层含有大量的含氧极性基团，如羟基、羧基、环氧基等，具有较高的比表面积，石墨烯经过氧化，其π-π共轭结构遭到了破坏，片层容易剥离，这为石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂提供了天然条件，改性后的聚氨酯-环氧树脂具有良好的导电性以及防静电性能，且石墨烯与聚氨酯-环氧树脂通过化学键相连，有效解决了物理混合时易产生聚集而发生沉降等问题。

本发明的目的旨在提供一种综合性能优良的石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂。