[发明专利]一种石墨烯改性水性聚氨酯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性水性聚氨酯及其制备方法和应用，涉及涂层材料技术领域。本发明提供的一种石墨烯改性水性聚氨酯及其制备方法和应用，针对氧化石墨烯在水性聚氨酯中容易团聚的问题，采用氧化石墨烯对水性聚氨酯进行改性工艺得到石墨烯改性水性聚氨酯，从而使聚氨酯本体结构中含有石墨烯结构，增加聚氨酯与石墨烯的相容性，进一步将其与氧化石墨烯分散液共同制备氧化石墨烯/水性聚氨酯涂料，可使得制得涂料具备优良的耐磨性能，从而解决了汽车坐垫革涂层材料耐磨性较差的技术问题，达到提高汽车坐垫革涂层材料耐磨性能的技术效果。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，特别涉及一种石墨烯改性水性聚氨酯及其制备方法和应用。

背景技术

汽车坐垫革在长期使用后，很容易因人体与坐垫革表面涂层直接接触摩擦而出现涂层磨损问题，严重影响汽车的美观及使用性能。由于汽车坐垫革的特殊性，使其对涂层应用性能要求越来越高，因此针对汽车坐垫革出现涂层磨损问题，目前工业上主要采用弹性聚氨酯涂层降低其磨损率，但该方式降低的磨损性有限，一般磨损性≥10 mg（1000 g/1000r）；≥100 mg（1000 g/5000 r）。

为了使得弹性聚氨酯涂层的性能得到进一步的提高，现有技术利用纳米粒子制备聚氨酯/纳米复合涂层，比如，中国专利CN 109880500 A提供一种纳米碳化硼改性水性聚氨酯高耐磨涂料的制备方法，从而提高涂层的耐磨性能。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

现有技术提供的纳米碳化硼在水性聚氨酯中容易团聚，从而难以大幅度提高涂层耐磨性能。

发明内容

针对相关技术存在的上述问题，本发明提供了一种石墨烯改性水性聚氨酯及其制备方法和应用，通过对聚氨酯本体结构进行氧化石墨烯改性，使得石墨烯改性水性聚氨酯具有石墨烯结构，进而增强其与石墨烯的相容性，将氧化石墨烯均匀分散于石墨烯改性水性聚氨酯中制备得到具有优良耐磨性能的氧化石墨烯/水性聚氨酯涂料。本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种石墨烯改性水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）将氧化石墨烯加入去离子水中高速分散60~120 min得到第一混合液，再将所述第一混合液送入超声设备继续分散30~60 min后，依次加入氨丙基三乙氧基硅烷和醋酸，并于60~80°C下反应5~8 h，最后将所述第一混合液再次送入超声设备分散24~36 h，制备得到质量分数为0.9~1.1%的氧化石墨烯扩链剂，所述氧化石墨烯、所述去离子水、所述氨丙基三乙氧基硅烷以及所述醋酸的重量份比值分别为1∶100∶0.01~0.05∶0.1~0.2；所述超声设备的工作功率为0.50~1.50 kw，工作频率为25~40 kHz；

（2）将大分子二元醇、小分子二元醇、二异氰酸酯、催化剂分别加入反应容器内，于60~90°C下反应3~4 h得到第二混合液，再向所述第二混合液加入小分子亲水化合物并反应1~2h后，将所述第二混合液降温至20~30°C并加入中和剂继续反应0.5~1 h，然后将所述第二混合液降温至5~10°C，加入去离子水后送入搅拌机搅拌3~5 min，再向所述第二混合液滴加所述石墨烯扩链剂后继续搅拌30 min，最后经蒸馏处理制备得到固含量为20%~40%的石墨烯改性水性聚氨酯，所述大分子二元醇、所述小分子二元醇、所述二异氰酸酯、所述催化剂、所述小分子亲水化合物、所述中和剂、所述去离子水以及所述氧化石墨烯扩链剂的重量份比值分别为30~90∶2~10∶20~50∶0.2~0.4∶1~6∶0.5~5∶100~300∶30~70，所述搅拌机的工作转速为2500~3000 r/min。

在一个优选的实施例中，所述大分子二元醇为聚碳酸酯二元醇PCDL、聚四氢呋喃醚多元醇PTMG、聚环氧丙烷多元醇PPG、聚己内酯PCL、聚乙二醇PEG中的至少一种。