[发明专利]一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料及其制备方法和应用，所述的阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料，是氧化石墨烯用碳化二亚胺改性后得到的改性石墨烯分散到水中而得到的改性石墨烯的水分散液；改性石墨烯的水分散液中，改性石墨烯的干重计算，改性石墨烯：水为2‑20mg：1ml。其能与阳离子型水性聚氨酯树脂相互匹配，获得长期稳定的分散的优点，对环境友好，保存时间长，在室温存放一年以上，不发生沉淀、絮凝、凝胶。使用后最终所得涂层的弹性模量可达2.2‑2.31GPa，中性盐雾时间可达是72~120h。

技术领域

本发明属于石墨烯及涂料化工领域，具体涉及一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料及其制备方法和其在阳离子型水性聚氨酯涂料中的应用。

背景技术

近年来，我国各级政府通过政策引导，抑制溶剂型涂料发展的同时，鼓励和支持环境友好型的水性涂料的发展。但水性涂料的耐蚀性、成膜性、耐磨性等尚不及溶剂型涂料，限制了水性涂料的推广应用。添加石墨烯及其衍生物是增强涂料性能的有效方式之一。石墨烯有较大的比表面积、优异的机械性能和阻隔性能，越来越受到涂料领域技术人员的关注。

现有研究中，多将石墨烯作为纳米填料，添加到水性涂料中，阻碍腐蚀介质在涂层中扩散，有效地增强涂层的物理阻隔作用，从而提高涂层对基底的保护能力。

但是上述的石墨烯作为纳米填料，添加到水性涂料中，存在石墨烯的团聚和复叠等技术问题，是石墨烯在涂料应用中面临的最大瓶颈。石墨烯在涂层中的纳米级分散对发挥石墨烯片层的物理阻隔作用起到至关重要的作用。要解决这一问题，就要针对不同分子结构和离子类型的水性树脂，对石墨烯的表面进行化学改性，使其与水性树脂的分子结构和离子类型相互匹配。

参考文献：

[1] Li J, Yang Z, Qiu H, Dai Y, Zheng Q，Zheng GP，Yang J. Microwave-assisted simultaneous reduction and titanate treatment of graphene oxide.Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1: 11451-11456。

发明内容

本发明的目的之一就是为了解决上述石墨烯作为纳米填料，添加到水性涂料中，存在的石墨烯团聚和复叠等技术问题而提供一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料，该阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料能与阳离子型水性聚氨酯树脂相互匹配，而获得长期稳定的分散的优点，从而解决了上述的石墨烯用于水性涂料时，存在的石墨烯团聚和复叠等技术问题。

本发明的目的之二就是提供上述的一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料的制备方法，该制备方法具有简单环保的特点。

本发明的技术原理

氧化石墨烯表面嫁接多官能团的碳化二亚胺分子。其中，碳化二亚胺的官能团-N=C=N-与氧化石墨烯表面的COO^-发生化学发应，剩余官能团在碱性条件下与阳离子型水性聚氨酯树脂的氨基发生反应。

本发明的技术方案

一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料，是氧化石墨烯用碳化二亚胺改性后得到的改性石墨烯分散到水中得到的改性石墨烯的水分散液；

改型石墨烯的水分散液中改性石墨烯的用量，按改性石墨烯的干重：水为2-20mg：1ml的比例计算。

上述的一种阳离子型水性聚氨酯涂料用的石墨烯浆料，其制备方法具体包括以下步骤：

（1）、将氧化石墨烯加入到水中，得到浓度为1~4mg/ml的氧化石墨烯水分散液，然后加入碳化二亚胺，得到混合液；

所述氧化石墨烯为改进的Hummers法制得；