[发明专利]磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制备方法

说明书

磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制备方法，采用改进的Hummers法制备氧化石墨，选用氯乙基磺酸钠对氧化石墨经磺化改性，制备磺化改性氧化石墨烯(SGO)，将SGO超声分散在丙酮或去离子水中，在聚氨酯的制备过程中通过原位聚合或物理共混的方法添加到聚氨酯中，制备高固含量水性聚氨酯，以改善聚氨酯的力学和耐水解性，并提高水性聚氨酯的固含量。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯的制造技术领域，特别是涉及磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的不断提高，合成革清洁化生产得到了当今人们的大力支持。水性聚氨酯树脂作为溶剂型聚氨酯的替代品，具有不燃、无毒、无污染等优点，其成膜耐酸、耐碱、耐寒，透气性好，耐屈挠，且所制成合成革成品手感丰满，质地柔软，舒适，深受人们的青睐。

水性聚氨酯以水为分散介质，固化速度较溶剂型慢，对水的分散性和粘度要求较高，而且固含量一般低于30％，成膜干燥速度慢，影响生产效率。目前大多数水性聚氨酯采用二羟甲基丙酸(DMPA)，不易溶解，反应活性低，乳化效果差，需要进行胺中和，因此单纯的羧酸盐型水性聚氨酯存在着乳化效果差、固含量较低、成膜干燥速度慢、成膜力学性能低、耐水解性能较差等不足。因此，寻求新的改性方法和乳化方式，提高水性聚氨酯的固含量、力学性能、耐水解性是水性聚氨酯的研究热点之一。

石墨烯具有许多优异的性质，如：高比表面积、良好的导热性、导电性等。一直以来受到研究者们的关注，已被广泛用于复合材料的制备。又因石墨稀层与层之间有较强的范德华力，容易产生聚集，反应活性不高且与有机高分子之间很难相容，导致其很难直接应用到聚合物中。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制备方法，首先采用2-氯乙基磺酸钠对氧化石墨烯进行改性，制备磺酸化改性氧化石墨烯(SGO)，在氧化石墨烯分子中引入亲水性磺酸基，增加其反应活性和水溶性，再制备SGO/高固含量水性聚氨酯，该方法制得的水性聚氨酯中含有羧酸基和磺酸基两种亲水性基团，固含量高，成膜干燥速度快，成膜力学性能好、耐水解性好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

磺化改性氧化石墨烯/高固含量水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨：将膨胀石墨、硝酸钠、浓硫酸混合均匀，在冰水浴中反应1h；然后加入高锰酸钾反应6h，缓慢加入去离子水稀释，再加入双氧水还原反应剩余的高锰酸钾，直至无气泡产生；静止待分层之后，倒掉上清液；依次用0.01mol/L盐酸、乙醇洗涤上述反应沉淀物，离心分离后将分离物放入透析袋中透析48～72h，直至pH达到6.5～7，同时用氯化钡检测无沉淀产生，冷冻干燥制得氧化石墨；

2)磺化改性氧化石墨烯的制备：取步骤1)制备的氧化石墨0.2～2g，氢氧化钠1.6～16g，加入200～1000ml去离子水，加入2-氯乙磺酸钠3～30g，在20℃～60℃、功率300W～1000w条件下超声反应1～5h；然后加入硝酸中和反应20～40min，至pH 6.5～7.5；5000～10000r/min条件下离心5-10min，去除上层液体，用乙醇洗涤混合物3-5次，冷冻干燥，制得磺化改性氧化石墨烯(SGO)；

3)SGO分散液制备：①将磺化改性氧化石墨烯超声分散在丙酮中，功率300w～600w条件下超声剥离0.5～2h，制得SGO丙酮或分散液，SGO浓度为0.5～5mg/ml；②将磺化改性氧化石墨烯超声分散在去离子水中，功率300w～600w条件下超声剥离0.5～2h，制得SGO水分散液，SGO浓度为0.5～10mg/ml；

4)制备SGO/高固含量水性聚氨酯：