[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

说明书

技术领域

本发明涉及本发明属于一种抗静电或导电成膜剂制备技术领域，具体为一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂制备方法。

背景技术

浸润剂是玻璃纤维拉制和织造中不可缺少的材料，玻璃纤维在拉丝工序后经过玻纤浸润剂处理以使其加工性能得到改善，并能够与增强树脂产生较强的粘合作用，浸润剂起着使纤维粘合集束、润滑耐磨、清除静电等作用。浸润剂原材料及配方技术是体现各类玻纤制品（包括纱、布、毡）内在质量的最关键技术，也是玻纤生产中必不可少的工业消耗品。行业中常将其重要性等同于IT行业的“芯片制造技术”。国际上这两项技术和产品分别属于两个行业（精细化工行业和玻纤行业）。其技术核心分为两部分：一是浸润剂原材料组分中最重要的组分成膜剂的合成制造技术——芯片制造技术；二是浸润剂中各组分选择的配方应用技术—“芯片组合技术”。上述两项技术在国内专业化、系列化程度均不高，且两项技术相互交叉，造成国内浸润剂原材料及配方技术仅处于国际中低档水平的局面。随着池窑技术在国内的迅猛发展和产品大量外销，越来越多的厂家意识到玻纤制品的竞争很大程度上依赖于浸润剂原材料及配方技术，由于该技术直接关系到各类玻纤制品（包括纱、布、毡）内在质量，已经成为各大玻纤生产企业保持可持续发展的核心竞争力之一。

成膜剂是浸润剂中重要组分。成膜剂的作用是在拉丝和卷绕时，将玻璃纤维单丝粘成原丝，在随后的加工工序中保护纤维，并赋予纤维良好的加工性能和成型性能，如对玻璃纤维的硬挺度、集束性、短切性、分散性、浸渍速率起着关键作用。可用作成膜剂的物质有PVAc、聚酯、环氧树脂、聚氨酯等树脂的分散液或乳液。

聚氨酯乳液作为浸润剂中成膜树脂是近年来用于玻纤加工的新型材料，它具有极性很强的氨酯键，对玻纤粘结集束性好，分子链段中软段和硬段相结合，具有优异的耐磨性，高弹性和良好的粘接性，可以在玻纤表面形成一层较厚而坚韧的连续保护膜，防止纤维表面摩擦损伤，同时满足高速拉丝工艺的需要。成为浸润剂成膜剂中发展最快的一种新型成膜剂。所以广泛应用于增强热塑性塑料用玻纤短切纱浸润剂。实践证明，在浸润剂配方中只要添加少量的聚氨酯乳液，即可有效提高玻纤纱的集束性、短切性和耐磨性。

导电纤维制备的抗静电复合材料是通过电子传导和电晕放电原理消除静电，可以在极短的时间内消除静电，而且纤维填料彼此错综搭接形成连续导电网络，在低填充量时即可获得较高的导电率，抗静电效果显著持久，且能避免粉末抗静电填料对材料力学性能的影响，所以导电纤维的研制成为制备抗静电复合材料的重要途径，但众多制备方法都难以实现导电纤维的规模化制备或运用，成为抗静电复合材料发展的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂制备方法，该方法是将聚醚二元醇或多元醇与异氰酸酯改性石墨烯或功能化石墨烯反应生成端异氰酸酯基预聚体，再将其与二醇胺或三醇胺扩链后，最后用烷基胺、羟基化合物或二烷基醇胺化合物封端，再酸化中和后加水乳化，蒸除有机溶剂，制得石墨烯改性聚氨酯成膜剂该方法反应温度低，工艺简单，溶剂可以回收利用，是无三废产生的原子经济型反应，所得成膜剂可以作为导电涂料、成膜剂使用，用于制备玻璃纤维拉丝浸润剂、织物上浆剂、皮革涂饰剂、碳纤维上浆剂、粘合剂或涂料等。该成膜剂可以有效降低材料表面电阻，用于抗静电或电磁屏蔽材料领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯改性聚氨酯成膜剂制备方法，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，按质量比为0.1%-50%的量加入二异氰酸酯组分，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；