[发明专利]一种水性聚氨酯/改性氧化石墨烯复合乳液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯/改性氧化石墨烯复合乳液及其制备方法，属于无机纳米材料改性聚氨酯的制备领域。本发明利用氨基羟基嘧啶化合物改性石墨烯，然后与水性聚氨酯复合得到纳米乳液。具体是以低聚物多元醇为软段，异氰酸酯化合物为硬段，在水性聚氨酯制备过程中原位引入氨基羟基嘧啶化合物改性氧化石墨烯分散液，制得水性聚氨酯/氨基羟基嘧啶改性氧化石墨烯纳米复合乳液。本发明配方乳液有效提高了水性聚氨酯膜及涂层的力学性能、导热性、耐化学性、耐腐蚀性等，在涂料、胶粘剂、油墨、表面处理剂、弹性体、发泡材料、功能薄膜等领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯/改性氧化石墨烯复合乳液及其制备方法，属于无机纳米材料改性聚氨酯的制备领域。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质，具有高分子量，因其使用时无毒，无污染，价廉而在涂料、胶粘剂、油墨、密封剂和表面处理剂等领域得到日益广泛的应用。但其乳胶膜的力学性能(强度、模量)耐溶剂等方面还不能与传统的溶剂型聚氨酯相媲美，因而限制了水性聚氨酯的进一步广泛应用。针对这一现象，采用无机纳米粒子可以有效结合无机材料的刚性、尺寸稳定性、热稳定性和聚氨酯自身的韧性、易加工特性；同时纳米粒子具有的尺寸小、比表面积大产生的表面效应和量子效应，使得纳米复合材料具有更优异的物理性能与力学性能。

石墨烯因其特有的碳原子二维蜂巢晶格、高弹性和优异的导电导热性，而成为新世纪的新型材料之一。然而石墨烯易团聚、不易分散，已有研究采用小分子、天然高分子(如明胶)、聚合物(如聚赖氨酸)等表面改性氧化石墨烯，能够促进氧化石墨烯在聚合物中的分散性与相容性，增强复合材料性能，但是性能改善的并不显著。因此，开发一种分散性和力学性能均优异的水性聚氨酯复合乳液是十分有意义的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明利用氨基羟基嘧啶化合物改性氧化石墨烯，在水性聚氨酯中原位引入氨基羟基嘧啶化合物改性氧化石墨烯分散液，进行成膜并干燥。该发明充分利用氨基羟基嘧啶的特性，增强氧化石墨烯与水性聚氨酯之间的化学反应从而制得分散均匀、相容性较好的复合乳液，提高水性聚氨酯乳胶膜的分散性及力学性能。该水性聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合乳液在涂料、胶粘剂、油墨、表面处理剂、弹性体、发泡材料、功能薄膜等领域有较好的应用前景。

氨基羟基嘧啶化合物是一种可以和氧化石墨烯上羧基进行反应的杂环化合物。并且同聚氨酯之间有较强的氢键作用，可以作为中间介质提高氧化石墨烯同聚氨酯之间的相容性和复合材料的稳定性。

本发明的第一个目的是提供一种水性聚氨酯-改性氧化石墨烯纳米复合乳液，所述乳液中的改性氧化石墨烯是利用氨基羟基嘧啶化合物对石墨烯进行改性；所述氨基羟基嘧啶化合物为式I或式II所示的化合物；

其中，a，b为0-18的自然数；R₁，R₂分别独立的选自烷基、伯氨基、仲氨基、羟基、羟烷基。

在本发明的一种实施方式中，所述氨基羟基嘧啶化合物包括4-氨基-2-羟基嘧啶、2-氨基-4-羟基-6甲基嘧啶、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶、2-氨基-4，6-二羟基嘧啶中一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述改性氧化石墨烯添加量为乳液质量的0.01wt％-30wt％。

在本发明的一种实施方式中，所述改性氧化石墨烯中的氨基羟基嘧啶化合物与氧化石墨烯的质量比为0.1:1-2:1。

在本发明的一种实施方式中，所述乳液还包括30wt％-50wt％的低聚物多元醇，20wt％-40wt％的二异氰酸酯化合物，3wt％-7wt％的亲水单体，2wt％-8wt％的氢氧化物。

在本发明的一种实施方式中，所述乳液的固含量为0.5％-20％。