[发明专利]一种石墨烯改性聚氨酯材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性聚氨酯材料的制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的增强，材料安全问题越加重视，对包装复合用粘合剂、皮革涂层、木器涂料等提出越来越高的标准与要求。传统溶剂型聚氨酯涂料中含有较多的可挥发性有机物，无论是在生产还是在其成膜过程中其稀释剂大量挥发，这给生产工人以及生态环境带来严重的影响，水性聚氨酯是采用水作为分散介质的聚氨酯乳液，除具有溶剂型聚氨酯优异性能外，还具有使用简单、无毒、无环境污染等优点，其产品成功应用于轻纺、建筑物、各类五金件、工业制品、皮革、木材、金属防护等行业。但是由于水性聚氨酯采用水作为溶剂，介质水的表面张力较大，使得其成膜过程中表面铺展较差、干燥时间长，力学性能低等缺点，而促使水性聚氨酯稳定分散在介质水中的亲水性基团，会引起水性聚氨酯成膜耐水性差且易吸水，造成涂膜易起泡。

有机硅聚合物耐高低温性优异，耐紫外线、耐氧化降解，具有低表面能和很好的疏水性。由于普通的聚氨酯树脂结构中不含Si-O键，而且耐老化性、自洁功能也比较差，而有机硅分子中的Si-O具有高键能，而本发明在聚氨酯树脂中引入有机硅，其Si-O键的牢固程度要远高于C-C、C-O键。经过有机硅改性的聚氨酯弹性体，不会因户外高、低温气候等环境改变而褪色、发硬、发软等现象，即使在强紫外线、臭氧、雨水及高温差等气候环境下依然能长期保持其鲜艳的色彩，外观结构特征恒久稳定不变，耐磨性能满足长期高使用频率的需要。

石墨烯被誉为“黑金”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。而石墨稀是一种由单层sp²杂化碳原子组成的二维片状材料，其特殊的结构决定了它具有奇特的电学性能、良好的力学性能、优异的物理机械性能以及气体阻隔性能，石墨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羟基等，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，因此氧化石墨烯很容易的在水溶液中能均一稳定的氧化石墨烯水溶液，这为石墨烯改性水性聚氨酯树脂提供了天然条件。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种石墨烯改性聚氨酯材料的制备方法，提供的制备方法简单易行，解决了目前制备方法中相容性差的问题，具有交联密度高，硬度高，机械性能好的特点。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种石墨烯改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

步骤1，将石墨烯加入至无水乙醇中，加入分散剂，搅拌均匀直至形成悬浊液；

步骤2，将悬浊液放入反应釜中超声反应2-4h，得到羟基化分散液；

步骤3，将硅酸乙酯加入至羟基化分散液，密封加压反应2-4h，得到硅酸乙酯包裹液；

步骤4，将引发剂、发泡剂和固化剂分别加入硅酸乙酯包裹液，搅拌溶解后，密封反应20-40min，减压蒸馏1-3h，得到混合石墨烯悬浊液；

步骤5，将聚氨酯加入至混合石墨烯悬浊液中，间隔微波反应2-4h，恒温静置反应2-4h，得到改性聚氨酯溶液；

步骤6，将改性聚氨酯溶液放入反应釜中减压蒸馏反应2-3h，密封加压反应20-40min，快速泄压得到石墨烯改性聚氨酯材料。

所述步骤1中的石墨烯在无水乙醇中的浓度为10-20g/L，所述分散剂的加入量为0.5-0.9g/L，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙二醇，所述搅拌速度为2000-3000r/min。

所述步骤2中的超声反应的频率为50-150kHz，所述超声采用恒温超声反应，温度为70-80℃。

所述超声反应采用间隔超声反应，间隔时间为5-8min，超声时间为4-8min。

所述步骤3中的硅酸乙酯的加入量为25-35g/L，密封加压反应的压力为10-15MPa，温度为90-110℃。

所述步骤4中的引发剂的加入量为2-5g/L，发泡剂加入量为1.0-1.5g/L，固化剂的加入量为2-4g/L，所述搅拌速度为1000-2000r/min，所述引发剂采用过氧化苯甲酰/N，N-二甲基苯胺。

所述步骤4中的密封反应温度为80-90℃，压力为3-5MPa，所述减压蒸馏反应的压力为大气压的40-60%，温度为70-80℃。

所述步骤5中的间隔微波反应的功率为100-250W，间隔时间5-10min，微波反应时间为10-20min，微波反应的温度为150-200℃，所述恒温静置的温度为100-120℃。

作为改进，所述步骤5中的间隔微波反应的反应程序如下：