[发明专利]一种水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液的制备方法

说明书

本发明首先采用改进Hummers法制备氧化石墨烯分散液，然后用多巴胺表面改性氧化石墨烯，并将其与水性聚氨酯复合制备水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液，属于有机‑无机纳米复合材料领域。本发明以低聚物多元醇为软段，异氰酸酯化合物为硬段，在水性聚氨酯制备过程中原位引入多巴胺改性氧化石墨烯分散液，制得水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液。多巴胺改性石墨烯的引入有效提高了水性聚氨酯膜及涂层的力学性能、抗静电、导电性能、电磁屏蔽、导热性、耐化学性、耐腐蚀性等。该水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液和胶粉在涂料、胶粘剂、油墨、表面处理剂、弹性体、发泡材料、功能薄膜等领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液的制备方法，特别涉及多巴胺表面改性氧化石墨烯的制备及水性聚氨酯与多巴胺改性氧化石墨烯分散液复合制备水性聚氨酯/石墨烯纳米复合乳液，属于有机-无机纳米复合材料领域。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质，其综合性能较好，安全环保,在涂料、胶粘剂、油墨、密封剂和表面处理剂等领域得到日益广泛的应用。但是其乳胶膜的力学性能(强度、模量)、耐化学性等方面还不能与传统的溶剂型聚氨酯相媲美，因而限制了水性聚氨酯的进一步广泛应用。将无机纳米材料如二氧化硅、粘土等引入水性聚氨酯体系可以有效提高聚氨酯膜的模量、拉伸强度、硬度、耐磨性等。

石墨烯是由碳原子sp2杂化构成的二维层状材料，其厚度仅为单层碳原子厚度，石墨烯具有独特的物理性能，如机械性能强、热导率高、电学性能优异、比表面积大、光学性能良好。在聚合物中加入少量石墨烯就可以显著提高复合材料的机械性能、导电性能以及热稳定性等各方面的性能。但是这种优异性能的提高主要取决于石墨烯在聚合物体系中的分散程度。由于石墨烯不亲水也不亲油，且反应活性较低，再加上其相邻片层之间易产生强烈的堆叠趋势，导致其在聚合物中容易发生团聚，不易分散。而石墨烯衍生物-氧化石墨烯表面含有羟基、环氧基和边缘存在羧基等极性基团，其在水中具有良好的分散性。为进一步促进氧化石墨烯在水中的分散性，已有研究采用小分子、天然高分子(如明胶)、聚合物(如聚赖氨酸)等表面改性氧化石墨烯，促进氧化石墨烯在聚合物中的分散性与相容性，增强复合材料性能。

多巴胺是一个常见的激素和神经递质，它包含了许多胺官能团和儿茶酚官能团，故可被选作为一个专业分子模仿用于粘合蛋白质.在一个微碱的条件下(pH＝8.5)，多巴胺会自聚合成具有粘性的聚合物—聚多巴胺(PDA)，通过儿茶酚基团氧化成醌的形式，能够粘附在各种各样的基质上。此外，多巴胺也可以用来作为氧化石墨烯的还原剂。

因此，本发明主要采用多巴胺改性氧化石墨烯，在水性聚氨酯中原位引入多巴胺改性氧化石墨烯分散液，还原处理制得水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液，进行成膜并干燥。该发明充分利用多巴胺的特性，增强石墨烯与水性聚氨酯之间的化学反应从而制得分散均匀、相容性较好的复合乳液，提高水性聚氨酯乳胶膜的分散性及力学性能。该水性聚氨酯/石墨烯纳米复合乳液在涂料、胶粘剂、油墨、表面处理剂、弹性体、发泡材料、功能薄膜等领域有较好的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液的制备方法，即将水性聚氨酯滴加到多巴胺改性氧化石墨烯分散液中，加水乳化、之后还原处理，可得水性聚氨酯石墨烯纳米复合乳液。多巴胺改性石墨烯分散液的加入有效提高了水性聚氨酯乳胶膜的拉伸强度和杨氏模量，即力学性能。

本发明的技术方案：

1.一种水性聚氨酯/多巴胺改性石墨烯纳米复合乳液的制备方法，其特征在于组成包括：30wt％-50wt％的低聚物多元醇，20wt％-40wt％的二异氰酸酯化合物，3wt％-7wt％的亲水单体，2wt％-8wt％的氢氧化物，0.01wt％-30wt％的多巴胺改性石墨烯，制备方法步骤为：