[发明专利]原位法制备含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料及其方法

说明书

技术领域

    本发明一种导电涂料，具体涉及一种原位法制备含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料及其方法。

背景技术

导电涂料是一种新型功能性涂料，具有传输电流和排除累积静电荷的导电特性，广泛应用于防腐蚀、防辐射、防静电、隐形材料、导电薄膜等功能领域。将导电粒子通过共价键或者非共价键作用均匀分散到高聚物体系中，待高聚物固化后使导电粒子之间相互接触形成导电网络，是一种有效直接制备导电涂层的方法。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散体系的环保型聚合物，具有高强度、耐磨、耐溶剂等优良特性，是制备导电涂料良好的高聚物体系。石墨烯的载流子迁移率达200000cm²V^-1s^-1，超过商用硅片迁移率的10倍以上，具有比银还高的导电率（10⁶Scm^-1），同时其理论比表面积高达2600m²/g。相比与传统的碳系导电填料具有更为突出的性能。因而，含石墨烯的水性聚氨酯导电涂料的制备，将会大大拓展导电涂料的应用范围与领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位法制备含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料及其方法，具有更好的稳定性、相容性和高效导电性。

本发明所采用的技术方案是：

原位法制备含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：氧化石墨的制备：

取2.0~5.0g石墨粉和1.0~2.0g 硝酸钠加入到46~60ml质量分数为98%的浓硫酸中，将混合物置于冰浴条件下搅拌30~60min；称取6.0~15.0g高锰酸钾缓慢加入上述混合液中，在0~5℃条件下，快速搅拌2~5h；将混合物移入35℃温水浴中继续搅拌3~6h；缓慢滴加90~150ml蒸馏水于混合物中，并控制温度在98℃，保持30min~60min；冷却到室温，加入质量分数为30%的双氧水去除过量的高锰酸钾直到混合物变为亮黄色为止；加入150~300ml蒸馏水稀释并趁热过滤，依次使用摩尔浓度为0.01mol/L的盐酸、无水乙醇、去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根离子，溶液呈中性，60℃烘箱烘干后得到氧化石墨，颜色为黄褐色；

步骤二：石墨烯的改性处理：

取步骤一制得的氧化石墨0.1~0.2g加入100~200mLDMF溶液，用质量分数为28%的氨水调节混合液的pH 至7~9，在40Khz频率下超声处理1~3h，既得氧化石墨烯溶液；向该溶液中加入0.1~0.2g有机二元胺，滴加1~10滴二环己基碳二亚胺， 60~75℃条件下搅拌反应1~5h；加入0.1~0.2g还原剂70~100℃反应1~10h；最后将混合物洗涤真空干燥得到氨基化改性的石墨烯黑色粉末；

步骤三：水性聚氨酯预聚体的制备：

取摩尔比为1:（2~3）的聚合物多元醇和多异氰酸酯在氮气保护下50~100℃搅拌反应2~5h，加入质量分数为3%~7%（以水性聚氨酯预聚体总质量计）的亲水扩链剂，在50~100℃反应1~2h；滴加1~5滴二月桂酸二丁基锡，50~100℃反应2~3h，期间加入聚合物多元醇质量0～2倍的丙酮调节聚合物黏度，最后得到-NCO封端的水性聚氨酯预聚体；

步骤四：复合涂料的制备：

用冰水浴将步骤三制得的水性聚氨酯预聚体降温至0~5℃，加入步骤二制得的氨基化改性石墨烯，氨基化改性石墨烯的加入量为水性聚氨酯预聚体总质量的0.5%~5%，高速搅拌0.5～1h，将反应物移置乳化桶中，加入中和剂（n_中和剂:n_扩链剂=0.8 ～ 1.2 :1）、0.5～2倍水性聚氨酯预聚体总质量的冰水、质量分数为1%~2%（以水性聚氨酯预聚体总质量计）的扩链剂在常温下高速搅拌1.5~10h；减压蒸馏去除乳液中的丙酮，得到含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料。

步骤二中，有机二元胺为乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺、己二胺或乙二胺基乙磺酸钠；

还原剂为氨水、肼、柠檬酸钠或硼氢化钠。

步骤三中，聚合物多元醇为聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚己二酸乙二醇一缩二乙二醇酯、聚四氢呋喃二醇或聚碳酸酯二醇；

多异氰酸酯为4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯；