[发明专利]一种氨基化石墨烯增强水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及水性聚氨酯技术领域，提供一种氨基化石墨烯增强水性聚氨酯及其制备方法。包括以下步骤：(1)将异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇和1,4‑丁二醇混合，反应得到反应混合物1；(2)向反应混合物1中加入二羟甲基丙酸，反应得到反应混合物2；(3)向反应混合物2中加入三乙胺，反应得到反应混合物3；(4)向反应混合物3中加氨基化石墨烯的水分散液进行二次扩链，得到氨基化石墨烯增强水性聚氨酯。本发明氨基化石墨烯增强水性聚氨酯，显示出良好的力学性能、疏水性能和一定的导电性，可作为功能性涂层材料和膜材料，有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯技术领域，特别涉及一种氨基化石墨烯增强水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

随着人们健康和环保意识的提高，水性聚氨酯(WPU)由于其环保性和良好的综合性能逐渐成为工业生产中各种溶剂基聚氨酯的重要替代品。

目前，水性聚氨酯可采用外乳化法和内乳化法制备。外乳化法即在外加乳化剂的条件下依靠高剪切力将聚氨酯强制乳化于水中，该方法制备的WPU粒子粒径粗大，稳定性较差，国内外目前已很少采用这种制备方法。内乳化法是指，在预聚体合成的这个过程中，将具有亲水作用的基团引入到PU的主链上，利用亲水基团使PU链段本身具有亲水性,然后在剪切外力作用下，分散到水中形成WPU乳液。这种内乳化法生产WPU乳液的方法，可以得到稳定性好和机械性能优异的PU，是目前生产WPU的普遍方法。

根据水性聚氨酯合成方法的特点，内乳化法主要包括以下几种合成工艺。

(1)预聚体分散法

预聚体分散法指先在合成聚氨酯预聚体时引入亲水基团，在不加溶剂或者加入很少溶剂的条件下进行中和乳化，乳化的同时再加入扩链剂进行后扩链，最后得到WPU树脂。这种合成工艺具有使用的溶剂少的优点，能够生成支化的大分子。

(2)丙酮法

丙酮法指在合成预聚体的过程中，使用较多的有机溶剂来稀释聚氨酯，防止粘度太大导致乳化困难，然后加水进行乳化，形成WPU，最后再将WPU乳液中的溶剂蒸离。而丙酮作为最常用的有机溶剂，所以也称丙酮法。该法合成的水性聚氨酯性能稳定，重复性好，但是使用了大量的溶剂，会对环境造成污染。

(3)熔融分散法

熔融分散法指合成含有亲水基的缩二脲基或端脲基聚氨酯低聚物，然后将其熔融，在机械搅拌下直接乳化于水中，乳化的同时再与甲醛进行扩链反应。整个反应无需溶剂，但是维持合成反应过程的温度较高，而且得到的PU分子量较低。

(4)酮亚胺/酮连氮法

酮亚胺/酮连氮法是指在预聚体分散法中用酮亚胺或酮连氮来代替二元伯胺进行后扩链。酮亚胺/酮连氮是一种封端的二胺类扩链剂，二胺在反应过程中能够稳定的解封出来，可以使扩链反应平稳的进行。所以用该法制备的水性聚氨酯具有性能良好、粒径比较均匀和乳液稳定性高的特点。

(5)保护端基乳化法

保护端基乳化法指在预聚体乳化之前用封闭剂将异氰酸酯基团封闭起来，然后进行乳化制备得到水性聚氨酯。这种水性聚氨酯在使用过程中，通过加热可以使封闭的异氰酸酯基团解封出来，这些异氰酸酯基团可以和水或其他交联剂发生反应，形成性能优异的聚氨酯材料。这种制备方法的关键是选择封闭效果好且解封温度合适的封闭剂。

但WPU的热稳定性、耐水性和力学性能仍低于溶剂型聚氨酯，有待于改进。总的来说，纳米粒子的加入是改变和提高WPU性能的有效方法之一。近年来，石墨纳米片逐渐成为制备高强度、疏水性、导电性WPU复合材料的研究热点。但是，现有的方法均是通过物理混合的方式将石墨与WPU进行复合，混合得到的材料力学性能和导电性均无法达到满意的程度。

发明内容