[发明专利]一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征是：具有如下步骤：

（1）在惰性气体保护下，将石墨烯、氧化石墨烯或氨基化石墨烯分散到良性有机溶剂中，搅拌分散均匀，加入二异氰酸酯组分，二异氰酸酯组分占总质量份数的0.1%-50% ，在20-100℃下反应0.1-20 小时后，得到功能化石墨烯分散液；

（2）按照聚醚二元醇与上一步加入的二异氰酸酯组分摩尔比为1.1-1.9:2 的比例，将聚醚二元醇加入到上步得到的功能化石墨烯分散液中，控制反应温度在25-150℃，当体系粘度增大时加入良性有机溶剂稀释，通过反应体系中混合物的实时取样，进行残留异氰酸酯NCO 基团测定，当NCO 基团的质量分数降低至初始值的一半时，制得端NCO 基的石墨烯改性聚氨酯预聚体；

（3）在端NCO 基的石墨烯改性聚氨酯预聚体中加入占预聚体含量5-20% 的烷基醇胺，在40-150℃下进行预聚体的扩链反应，当体系粘度增大时加入良性有机溶剂稀释，制得链段中间具有可以阳离子化烷基胺的端NCO 基聚氨酯；

（4）在端NCO 基聚氨酯中加入醇、胺、烷基醇胺、烷基酚，加入量与残余NCO 基团的摩尔比为1-1.05:1，在40-150℃下与聚氨酯分子中末端NCO 基团进行封端反应，制得封端聚氨酯聚合物；

（5）在封端聚氨酯聚合物中加入乙酸、盐酸、磷酸、硫酸中和叔胺基团 ，加入量与叔胺基团的摩尔比为1-1.05:1，在30-90℃反应10-50 分钟后，按照固含量为5-95%比例加水乳化，蒸馏去除稀释用溶剂，制得水性石墨烯改性聚氨酯成膜剂。

2.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述的二异氰酸酯组分为2,4- 甲苯二异氰酸酯、2,6- 甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二苯亚甲基二异氰酸酯、2,6- 六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种组分的混合物。

3.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述的聚醚二元醇为分子量为200-2000 的聚乙二醇，聚丙二醇，聚乙二醇与聚丙二醇的嵌段混合物，聚四氢呋喃聚醚二元醇，聚己内酯二元醇，聚碳酸酯二醇，聚氧四甲撑二醇，聚亚氧烷基乙二醇中的一种。

4.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述的扩链反应和封端异氰酸酯反应中的烷基醇胺为二乙醇胺、二甲醇胺、二丙醇胺、N- 甲基二乙醇胺、N- 甲基二甲醇胺、N- 甲基二丙醇胺、N- 苯基二乙醇胺、N- 苯基二甲醇胺、N- 苯基二丙醇胺、N- 丁基二乙醇胺、N- 丁基二甲醇胺、N- 丁基二丙醇胺、三乙醇胺、三甲醇胺、三丙醇胺、N,N- 二甲基乙醇胺中的一种。

5.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述的封端异氰酸酯反应中所用的醇、胺、烷基醇胺、烷基酚是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、二甲醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、二丁醇胺、苯酚或甲酚中的一种。

6.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所用分散石墨烯或稀释体系粘度的良性有机溶剂为丙酮、丁酮、N- 甲基吡咯烷酮、N- 乙基吡咯烷酮、N,N- 二甲基甲酰胺、N,N- 二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二氧六环、苯或甲苯中的一种或多种组合。

7.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述氨基化石墨烯是将石墨烯经过如下反应制得：将石墨烯、氧化石墨烯分散在氨基硅烷偶联剂或其溶剂中，在10-100℃进行偶联反应后，过滤洗涤或蒸馏去除过量硅烷或溶剂，得到氨基化石墨烯。

8.如权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法，其特征在于：所述氨基化石墨烯是将石墨烯、氧化石墨烯按照1-50% 比例加入到浓硝酸/ 浓硫酸混合物中，在20-100℃下进行硝化反应1-24 小时后，过滤、碱洗、水洗到中性后得到硝基石墨烯，再经过催化氢化还原、或者四氢化铝锂还原、或者水合肼还原、或者金属锡、铁加盐酸、硫酸溶液还原硝基后制得的表面带有氨基结构的石墨烯。

9.根据权利要求1 所述的一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂的制备方法制得的石墨烯改性聚氨酯成膜剂的应用，其特征是：用作为玻璃纤维成膜剂、织物上浆剂、皮革涂饰剂、碳纤维上浆剂、粘合剂或涂料使用。