[发明专利]一种石墨烯基水性涂料及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物基复合涂料领域，特别涉及一种石墨烯基水性涂料及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供一种水性的、具有良好延展性、具有较高韧性、较好附着力和硬度的聚氨酯类涂料。本发明通过分子结构设计，通过异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)将GO表面的羟基官能团进行异氰酸化后，使GO的表面接上IPDI，再将接好IPDI的氧化石墨烯通过原位聚合法与PCDL上的羟基进行反应，从而实现GO与PCDL的化学键合，彻底解决GO在聚合物涂料中分散问题和界面问题。本发明所制备的石墨烯/聚碳酸酯二醇(GO/PCDL)复合涂料除了具备水性聚氨酯类的优异性能外，还具有抗静电性，可以广泛应用于电子电器、功能涂料等领域。

技术领域

本发明属于聚合物基复合涂料领域，特别涉及一种石墨烯基水性涂料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯二醇(PCDL)，长链分子两端都带有端羟基，主链上有重复单元碳酸酯基的大分子聚合物，PCDL在1986年最早由日本公司生产，PCDL具有较低的玻璃化转变温度(Tg)，较好的室温柔顺性，在制备成聚氨酯涂料好又具有较好的耐水解性，因而被广泛的应用于涂料领域中。

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料，自从2004年被科学家发现以来，便迅速的成为了自富勒烯、碳纳米管之后，材料科学界的又一个研究前沿。石墨烯材料的宏观结构是由微米大小的、导电性能良好的石墨稀单片搭接而成的，这样的结构特征也决定了它具有很好的储能能力。石墨烯由于具有良好的导电性、较大的比表面积和较好的导热特性，因而在介电材料和电池材料的方面有着巨大的研究和应用前景。

聚氨酯是一类重要的有机高分子材料，是由多元醇和多异氰酸酯通过加成聚合而成。其中，聚酯型的聚氨酯材料不耐水解，聚醚型的聚氨酯材料其耐热性能、力学性能及耐氧化性能较差。

目前，常采用无机填料改善聚合物涂料的性能。但是，传统的聚合物基复合涂料多采用物理方式进行机械共混，由于无机填料在聚合物中界面不相容，且聚合物黏度大，填料无法均匀分散，因而无法得到较好的聚合物基复合涂料。

申请号为201410575831.1的中国专利公开了一种石墨烯基导电阻燃型水性聚氨酯涂料和胶黏剂的制备方法。该方法采用将酰胺化石墨烯中间体加入到聚碳酸酯二醇(PCDL)中，升温后，再加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和催化剂，当NCO基团含量达到6.4％时，加入亲水扩链剂继续反应，最后加入交联剂、三乙胺中和成盐，并加水分散，制得石墨烯基导电阻燃型水性聚氨酯涂料。

申请号为201410036016.8的专利文件公开了一种原位法制备含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料及其方法。该方法采用聚合物多元醇和多异氰酸酯反应制得-NCO封端的水性聚氨酯预聚体；再将水性聚氨酯预聚体与氨基化改性石墨烯高速搅拌，加入中和剂、冰水、扩链剂，得到含石墨烯的水性聚氨酯复合导电涂料。

上述两个专利制得的涂料虽然均具有较好的导电性，但是涂料的硬度、拉伸强度和耐腐蚀性较差。因此，需要开发综合性能优异的水性聚氨酯涂料。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种综合性能优良的石墨烯基水性涂料的制备方法。

石墨烯基水性涂料的制备方法，按以下步骤进行：

a、采用异氟尔酮二异氰酸酯通过原位聚合法与氧化石墨烯表面的羟基反应，得到GO/IPDI预聚物；

b、将步骤a制得的GO/IPDI预聚物和异氟尔酮二异氰酸酯加入到丙酮中进行分散，再加入聚碳酸酯二醇，继续分散，分散均匀后，加热蒸出丙酮，再加入固化剂进行固化，最后加水乳化制得石墨烯基水性涂料。

优选的，步骤a中，原位聚合法采用的分散助剂为N,N-二甲基甲酰胺。