[发明专利]一种水性氧化石墨烯改性聚（氨酯-丙烯酸酯）复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子合成技术领域，涉及水性聚（氨酯-丙烯酸酯）乳液改性，尤其涉及一种水性氧化石墨烯改性聚（氨酯-丙烯酸酯）复合材料的制备方法。

背景技术

聚氨酯（PU）是由多异氰酸酯、大分子聚酯多元醇或聚醚多元醇及小分子多元醇和多元胺类扩链剂加成聚合而成的聚合物。聚氨酯具有硬度大、耐磨损、柔韧性好、附着性能及保光保色性能优良等优点，且易于设计和加工，因而被广泛应用于涂料、胶黏剂、泡沫塑料、油墨及橡胶等领域，但聚氨酯存在耐冲击性能不佳、遇潮易起泡、耐酸碱性差，耐热、耐水、抗静电等性能差，使其在某些领域的应用受到限制。

碳是自然界中非常奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成极软的石墨，近几十年，碳纳米材料一直是研究的热点领域。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含氧极性基团，如羟基、羧基、环氧基等，具有较高的比表面积，良好的亲水性及机械性能，且在水和极性有机溶剂中分散性较好，成本低，因此，近年来以氧化石墨烯为母体制备的氧化石墨烯纳米复合材料显示出了非常优越的性能，受到人们越来越多的重视。目前主要的研究成果为：

（1）氧化石墨烯水性聚氨酯共混膜的性能研究，皮革科学与工程，2012，05：27-31。报道了用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨(GO)，超声剥离得到氧化石墨烯(GOs)；用溶液共混法制得了氧化石墨烯水性聚氨酯(WPU)共混膜；研究了氧化石墨烯（GOs）的加入量对(WPUA/GOs)复合材料力学性能热稳定性导电性耐水性等的影响。但是使用的方法为物理方法，并且对复合材料的性能如粘度、表面张力及其膜的硬度、耐溶剂性等都未作研究。

（2）In situ polymerization and mechanical,thermal properties of polyurethane/grapheme oxide/epoxy nanocomposites，Materials and Design，2013，47:850-856。报道了用原位聚合法制得一系列不同氧化石墨烯含量的聚氨酯/石墨烯氧化物/环氧树脂纳米复合材料；研究了氧化石墨烯的加入量对纳米复合材料的抗拉强度、断裂伸长率以及弹性模量的影响，结果表明，当氧化石墨烯的含量为0.066%时，复合材料的弹性模量由218MPa增加到257MPa，抗拉强度和断裂伸长率分别提高52%和103%。但是本实验制得的聚氨酯为溶剂型聚氨酯，使用了大量的有机溶剂N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)，对人体和环境造成巨大的危害。

（3）聚氨酯/石墨烯纳米复合材料合成与性能研究，北京化工大学，2012年硕士学位论文。报道了采用在溶液中原位聚合的特殊工艺手段，使用大量溶剂，制备一系列原料相同，硬段含量不同的石墨烯/聚氨酯复合材料，研究了石墨烯的加入对复合材料性能的影响以及复合材料的固有性能对石墨烯分散的影响，结果表明对于相同硬段含量的两相复合材料而言，随着石墨烯的加入，两相复合材料的导电率迅速上升，并最终达到一个平台；石墨烯的加入有利于提高复合材料的热稳定性；比较了未加入石墨烯时纯的聚氨酯材料的硬度值，发现硬段含量越高材料硬度越大，表明了硬段含量对材料硬度的贡献。但是本实验使用大量溶剂，并且未对复合材料的机械性能以及耐水性耐溶剂性等都未作研究。以氧化石墨烯改性水性聚（氨酯-丙烯酸酯）可将二者的优点集于一体，改善聚氨酯材料的机械强度、耐水性、耐热性能、耐溶剂性能及表面性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种水性氧化石墨烯和丙烯酸正丁酯共同改性聚氨酯的制备方法。

一种水性氧化石墨烯改性聚（氨酯-丙烯酸酯）复合材料的制备方法，是利用改进Hummers法制得氧化石墨烯，然后将其溶解在N,N’-二甲基甲酰胺中超声剥离制得氧化石墨烯（GEO）分散液，再和丙烯酸正丁酯共同改性聚氨酯。

本发明所述的改进Hummers法制得氧化石墨烯，其制备步骤包括：

在烧杯中加入23mL浓H₂SO₄，于冰水浴中放置待温度降至0℃，在搅拌条件下将1g石墨粉、0.5g NaNO₃加入浓H₂SO₄中，然后缓慢加入3g KMnO₄，保持冰浴条件搅拌1h；

将体系升温至35℃，继续搅拌2h；