[发明专利]一种改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和用途。改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液包含组分：多层氧化石墨烯改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物10‑30份、聚氨酯丙烯酸酯低聚物10‑30份、丙烯酸酯单体20‑40份、光引发剂3‑5份、流平剂0.2‑0.5份、水30‑50份。制备方法包括将多层氧化石墨烯改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯单体和水混合均匀，升温，搅拌机搅拌，自然冷却至室温；再依次加入光引发剂和流平剂，常温搅拌均匀，静置消泡，避光保存，得到改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液。本发明可用于胶黏剂、作为涂料可用于金属、塑料或木料的表面，尤其适用于金属防腐。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，更具体地，涉及一种改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液及其制备方法和用途。

背景技术

目前，水性聚氨酯丙烯酸酯树脂是近年来发展较快的一种安全、环保的新型绿色树脂，随着人们环保意识的增强和环保政策趋紧，低VOC的环保材料水性聚氨酯丙烯酸酯树脂发展前景广阔，已大量应用于涂料、胶黏剂、油墨和风电等领域。但是水性聚氨酯丙烯酸酯树脂的耐水性、机械强度、耐热性和阻隔性都较差，目前采用石墨烯或氧化石墨烯进行增强或导电性的改性，但是如何充分发挥其在基体中的分散，以及如何实现聚氨酯丙烯酸酯与石墨烯或氧化石墨烯之间的相容性或接枝性以充分发挥它的改性作用是本领域研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，充分利用现有石墨进行插层剥离以得到多层氧化石墨烯，再进行独创的插层方法，增大了层间距和分散性，提高其与聚氨酯丙烯酸酯之间的相容性提高接枝率，实现了改性后的聚氨酯丙烯酸酯复合材料具有优异的耐水性、机械强度、耐热性、气体阻隔性和导电性等性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种改性水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液，包含组分：

进一步地，所述多层氧化石墨烯改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物的制备方法包括以下步骤：(1)将石墨放入过硫酸钾和浓硫酸混合溶液中，并搅拌均匀，加热至温度60-70℃，反应时间为20-30min，抽滤，用温度60-80℃的去离子水浸泡和洗涤，干燥，得到氧化的膨胀石墨；(2)将氧化的膨胀石墨放入三乙醇胺水溶液中，并搅拌均匀，加热至温度50-60℃，研磨剥离10-20min，抽滤，用温度60-80℃的去离子水浸泡和洗涤，干燥，得到初步插层的多层氧化石墨烯；(3)按质量份数，称量10-20份初步插层的多层氧化石墨烯，分散于50份水中，先加入2-4份十二烷基三甲基氯化铵，搅拌机中搅拌并加热1-2h，转速500-800转/min，温度70-80℃，抽滤，去离子水洗涤，干燥，得到初级插层改性多层氧化石墨烯；(4)将上述初级插层改性多层氧化石墨烯分散于50份水中，按质量份数，再加入6-8份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌机中搅拌并加热1-2h，转速500-800转/min，温度60-70℃，抽滤，去离子水洗涤，干燥，得到次级插层改性多层氧化石墨烯；(5)将上述次级插层氧化石墨烯分散于浓度6wt％的聚乙烯醇的50份水溶液，搅拌机中搅拌并加热2-3h，转速100-200转/min，温度50-60℃，抽滤，去离子水洗涤，干燥，得到功能性多层氧化石墨烯；(6)将10份所述功能性多层氧化石墨烯加入20份第一批次二异氰酸酯中，加热至50-90℃，1-2h后加入与第一批次二异氰酸酯摩尔比为1:1的二元醇和0.05-0.1份的催化剂后，再继续加入20份第二批次二异氰酸酯，最后用羟基丙烯酸酯封端，所述羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯总量的摩尔比为0.5-0.55：1；将反应体系升温至80-100℃，反应5-7h，洗涤并干燥，得到多层石墨烯改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物。

进一步地，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或组合。

进一步地，所述二元醇为丁二醇、新戊二醇、己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇和聚己内酯二醇中的一种或组合。

进一步地，所述催化剂为三乙醇胺。