[发明专利]一种石墨烯改性的防紫外耐腐蚀复合水性聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

本发明公布了一种石墨烯改性的防紫外耐腐蚀复合水性聚氨酯涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明利用氮化碳量子点/石墨烯复合水溶液通过剪切乳化聚氨酯乳液制备合成石墨烯改性的复合水性聚氨酯涂料。该方法操作简单，可进行工业化生产，氮化碳量子点制备方法简单、成本低且耐高温，可做稳定剂使石墨烯均匀稳定地分散在水性聚氨酯涂料中，有效避免了石墨烯的团聚，不发生沉淀、絮凝，保存时间长。该石墨烯改性水性聚氨酯可以有效地吸收屏蔽紫外线，增强了抗紫外防老化性能，光催化剂氮化碳量子点的负载进一步增强了对紫外线的吸收；石墨烯可以减小氯离子的扩散系数，改善了水性聚氨酯耐腐蚀性能。同时，该涂料还具有抗菌、自清洁等优异的性能。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体地，涉及一种石墨烯改性的防紫外耐腐蚀复合水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

环境污染日益得到了各国的关注和重视，其中挥发性有机化合物作为代表，它的排放受到了严格限制。因此具有低污染型涂料得到了迅速发展，水性聚氨酯涂料就是其代表之一。水性聚氨酯涂料是以水为分散介质形成的不含或含有少量有机溶剂的二元胶态体系，具有很多优点，例如，无臭、无污染、无毒、易改性等。在汽车、建筑涂料、管道和储罐涂层等许多领域得到广泛应用。但WPU的耐水、耐介质、耐腐蚀性能差，不耐水蒸气及氧气渗透等缺点也严重限制了使用性能。受污染的WPU很容易由于自身组成成分为微生物的生存提供了条件，从而会导致霉变、变质等问题，影响性能也会对人体健康造成危害。目前有效的解决方法是在水性聚氨酯涂料中引入环氧树脂、添加抗紫外剂、防霉杀菌剂等。对于传统的抗紫外剂(有机紫外吸收整理剂、无机纳米颗粒紫外吸收剂)和防霉杀菌剂(Ag、TiO₂、ZnO纳米颗粒)，存在着对身体的危害、成本昂贵等问题。

石墨烯由于独特的二维结构和优异的热学、力学、光学和电学等性质，将石墨烯作为填料加入到聚合物中，形成的复合材料可以增强和改善原本性能。大量研究表明，石墨烯与水性聚氨酯的复合，能够改善水性聚氨酯涂层的力学性能，抗静电性和抗水性等。但由于石墨烯片层间强的范德华力(π-π堆积)，容易吸附团聚在一起，从而在许多有机溶剂和高分子中分散性很差，影响其在聚合物中的相容性和分散性，对复合材料的性能产生不利影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种石墨烯改性的防紫外耐腐蚀复合水性聚氨酯涂料。该涂料具有能够吸收屏蔽紫外线，增强了抗紫外防老化性能、耐腐蚀、抗菌、自清洁等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯改性的防紫外耐腐蚀复合水性聚氨酯涂料，所述复合水性聚氨酯涂料通过以下方法制备得到：

(1)氮化碳量子点水溶液的制备：

(1.1)将2～6g氮化碳纳米片加入到80～240mL由浓度为18mol/L的浓硫酸和浓度为16mol/L的浓硝酸按体积比为1:1～2:1组成的混合溶液中，在60～80℃水浴下，搅拌2～8h，冷却至室温后，再超声处理12～24h，得到氮化碳量子点混合溶液；

(1.2)在搅拌的状态下，向步骤(1.1)中的氮化碳量子点混合溶液中加入40～100mL浓度为30wt％的过氧化氢溶液，搅拌24～48h后，离心洗涤、过滤，得到0.01～1mg/mL氮化碳量子点水溶液；离心速率为10000rpm，离心时间为10min；

(2)氮化碳量子点/石墨烯复合粉末的制备：

(2.1)往10～30g浓度为0.1～5mg/mL的石墨烯水分散液中加入4～12g步骤1制备的氮化碳量子点水溶液，超声混合，形成氮化碳量子点/石墨烯复合水溶液；

(2.2)通过雾化干燥法将步骤(2.1)的氮化碳量子点/石墨烯复合水溶液干燥，雾化干燥温度为80～180oC，得到氮化碳量子点/石墨烯复合粉末。

(3)石墨烯改性的复合水性聚氨酯的制备：