[发明专利]一种改性石墨烯水性聚脲树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性石墨烯水性聚脲树脂及其制备方法和应用。所述改性石墨烯水性聚脲树脂是由异氰酸酯改性磺化石墨烯在有机溶剂中先与异佛尔酮二异氰酸酯反应，再与聚醚胺反应，接着与聚醚胺扩链剂进行扩链反应，然后与亲水扩链剂进行反应，然后与中和试剂进行中和反应，最后加去离子水分散均匀后除去有机溶剂而得，所述异氰酸酯改性磺化石墨烯是由异氰酸酯对磺化石墨烯改性而得。应用本发明所述的改性石墨烯水性聚脲树脂制备的水性聚脲涂料，绿色环保、施工方便、涂层的附着力好、不易剥落，且具有优异的机械性能与防腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种改性石墨烯水性聚脲树脂及其制备方法和在水性聚脲涂料中的应用，属于水性涂料技术领域。

背景技术

涂料在人们生活中发挥着越来越重要的作用，已经成为现代社会发展不可或缺的一种材料。聚脲涂料因具有无溶剂、无污染的特性、优异的防腐蚀、防水、耐磨性能，已在高速铁路、桥梁、石油、天然气管道等工程中得到了广泛的应用。

聚脲涂料包括单组分聚脲涂料和双组分聚脲涂料。目前主流的聚脲涂料主要为双组份聚脲涂料。双组份聚脲涂料虽然具有优异的性能，但是其施工时，由于必须对涂料的甲、乙二组分之间的快速化学反应进行有效的控制，因此对施工设备的要求非常高，必须采用专用的双组份聚脲喷涂设备(例如专利CN201530108607.7、CN201620152121.2中公开的聚脲喷涂机)。目前市面上的双组份聚脲喷涂机价格则在几千元到十几万元不等，价格较为昂贵，且需要工人具有较高的涂装技术，不利于狭窄地方施工。此外，由于双组份聚脲涂料固化时间较快、秒干，对基材的润湿能力不足，具有漆膜附着力差、易剥落的缺点。单组分聚脲涂料，虽然相较于双组分聚脲涂料具有施工方便，无需专用设备的优点，但是，单组分聚脲涂料的机械性能和防腐蚀性能不够优异，影响了其推广应用，因此，需要对其进行改性处理。

利用功能性材料改性是提高涂料性能的常规手段，其中，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性、化学惰性、抗分子渗透性、极高的长径比等特点。目前已有将石墨烯添加到涂料中以提高涂料防腐蚀性能等方面优势的相关报道。但是，石墨烯高比表面积带来的聚沉现象，导致其在涂料中分散性、稳定性差，此外，由于石墨烯π-π共轭的导电结构，容易发生团聚现象，团聚的石墨烯会使涂层电导率增加几个数量级，一旦涂层出现缺陷，石墨烯将促进金属腐蚀，不能长期防腐，这些缺陷使得石墨烯应用于聚脲涂料中不能达到预期的改性效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种改性石墨烯水性聚脲树脂及其制备方法和在水性聚脲涂料中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种改性石墨烯水性聚脲树脂，是由异氰酸酯改性磺化石墨烯在有机溶剂中先与异佛尔酮二异氰酸酯反应，再与聚醚胺反应，接着与聚醚胺扩链剂进行扩链反应，然后与亲水扩链剂进行反应，然后与中和试剂进行中和反应，最后加去离子水分散均匀后除去有机溶剂而得，所述异氰酸酯改性磺化石墨烯是由异氰酸酯对磺化石墨烯改性而得。

一种制备所述的改性石墨烯水性聚脲树脂的方法，包括如下步骤：

a)先将磺化石墨烯和异氰酸酯均匀分散于有机溶剂中，在氮气保护下，先在40～60℃下反应6～10小时，然后室温反应12～36小时，然后收集固体产物，得异氰酸酯改性磺化石墨烯；

b)将异氰酸酯改性磺化石墨烯和异佛尔酮二异氰酸酯分散于有机溶剂中，室温搅拌反应20～60分钟，然后加入聚醚胺，室温搅拌反应30～90分钟，接着加入聚醚胺扩链剂，室温搅拌反应20～60分钟，然后加入亲水扩链剂，室温搅拌反应20～60分钟，然后加入中和剂于室温中和反应15～35分钟，然后加入去离子水，分散均匀后减压浓缩除去有机溶剂，即得所述改性石墨烯水性聚脲树脂。

作为一种实施方案，步骤a)中，所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮、咪唑中的一种或几种，优选四氢呋喃。