本发明涉及一种石墨烯-水性聚氨酯复合涂层的制备方法。
背景技术：
水性聚氨酯wpu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水性聚氨酯涂料具有无毒无臭无污染、不易损伤被涂饰表面、易改性等优点，在木器、汽车、建筑涂料、石油管道和储罐防腐蚀涂层等许多领域得到广泛应用。对水性聚氨酯改性或添加助剂可以制备出特殊物理和化学性质的功能性水性聚氨酯涂料，从而扩大水性聚氨酯涂料的应用范围，满足人们在生产和生活方面对水性涂料的不同需求。
石墨烯是由碳原子构成的具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以sp2杂化方式互相键合形成蜂窝状晶格网络由于独特的二维共轭结构，使其展现出优异的电学、热学、光学和力学等性质，将石墨烯作为聚合物复合材料的填料，可以改善聚合物基复合材料的性能。研究表明，石墨烯与水性聚氨酯的复合，能够赋予水性聚氨酯涂层优异的力学性能，抗静电性和拒水性。但由于石墨烯片层间强烈的范德华力，易相互吸附团聚，从而在溶剂中分散性很差，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。因此，对石墨烯进行共价或非共价键改性，改善石墨烯分散性是制备聚合物基复合材料的关键步骤。采用共价键修饰的方式将少量对苯磺酸基团引入石墨烯，制备能够在水中良好分散的石墨烯水溶液。研究表明，稳定剂聚4-苯乙烯磺酸钠能够使还原石墨烯氧化物稳定分散于水中。
技术实现要素：
本发明旨在针对上述问题，提出一种石墨烯-水性聚氨酯复合涂层的制备方法。
本发明的技术方案在于：
一种石墨烯-水性聚氨酯复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）氧化石墨烯与石墨烯分散液的制备；
将2.5~2.8g石墨，1.25~1.27g硝酸钠加入57~60ml浓硫酸之中，冰水浴冷却至4℃~5℃，缓慢加入7.5~8.5g高锰酸钾，搅拌反应3h；然后在35~40℃温水浴中搅拌反应30min，缓慢加入50ml去离子水，将温度控制在45℃~50℃，逐渐升温至90℃，加入150ml水，缓慢加入10ml过氧化氢，得到亮黄色液体；产物用稀盐酸和去离子水反复离心清洗至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到棕色氧化石墨；将氧化石墨于去离子水中超声分散，离心去除杂质，冷冻干燥得棕色氧化石墨烯；
称取适量氧化石墨烯于烧瓶中，加入去离子水，超声2h得到氧化石墨烯水溶液；加入维生素c，并用氨水调节ph值为9~10,95℃水浴中反应30min；产物用去离子水反复离心洗涤至中性，冷冻干燥，得到黑色的石墨烯固体；
称取石墨烯及二苯胺磺酸钠，加入去离子水后超声3h，离心去除部分杂质，得到石墨烯水分散溶液；
（2）水性聚氨酯复合涂层的制备；
称取2.00g水性聚氨酯乳液，加入石墨烯水分散液，搅拌混合，使其分散均匀，制成石墨烯-水性聚氨酯混合液；将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，然后放入烘箱中烘干至恒重，冷却至室温。
所述的石墨烯水分散液的质量分数为0.1%，0.25%，0.5%，0.75%，1.0%及2.0%。
所述的石墨烯及二苯胺磺酸钠的质量比为1：2，1：5，1：10及1：15。
所述的烘干的温度为40~50℃。
本发明的技术效果在于：
通过本发明提供的方法制成的石墨烯-水性聚氨酯复合涂层其复合胶膜的抗静电性、力学性能、耐高温性、耐水性和耐酸碱性得到了较大的改善，对于扩展石墨烯在聚合物基体中的应用及大规模制备石墨烯-水性聚氨酯复合涂层具有重要的研究意义。
具体实施方式
实施例1
一种石墨烯-水性聚氨酯复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）氧化石墨烯与石墨烯分散液的制备；
将2.5g石墨，1.25g硝酸钠加入57ml浓硫酸之中，冰水浴冷却至4℃℃，缓慢加入7.5g高锰酸钾，搅拌反应3h；然后在35℃温水浴中搅拌反应30min，缓慢加入50ml去离子水，将温度控制在45℃℃，逐渐升温至90℃，加入150ml水，缓慢加入10ml过氧化氢，得到亮黄色液体；产物用稀盐酸和去离子水反复离心清洗至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到棕色氧化石墨；将氧化石墨于去离子水中超声分散，离心去除杂质，冷冻干燥得棕色氧化石墨烯；
称取适量氧化石墨烯于烧瓶中，加入去离子水，超声2h得到氧化石墨烯水溶液；加入维生素c，并用氨水调节ph值为9,95℃水浴中反应30min；产物用去离子水反复离心洗涤至中性，冷冻干燥，得到黑色的石墨烯固体；
称取石墨烯及二苯胺磺酸钠，加入去离子水后超声3h，离心去除部分杂质，得到石墨烯水分散溶液；
（2）水性聚氨酯复合涂层的制备；
称取2.00g水性聚氨酯乳液，加入石墨烯水分散液，搅拌混合，使其分散均匀，制成石墨烯-水性聚氨酯混合液；将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，然后放入烘箱中烘干至恒重，冷却至室温。
其中，所述的石墨烯水分散液的质量分数为0.1%。所述的石墨烯及二苯胺磺酸钠的质量比为1：2。所述的烘干的温度为40℃。
实施例2
一种石墨烯-水性聚氨酯复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）氧化石墨烯与石墨烯分散液的制备；
将2.8g石墨，1.27g硝酸钠加入60ml浓硫酸之中，冰水浴冷却至5℃，缓慢加入8.5g高锰酸钾，搅拌反应3h；然后在40℃温水浴中搅拌反应30min，缓慢加入50ml去离子水，将温度控制在50℃，逐渐升温至90℃，加入150ml水，缓慢加入10ml过氧化氢，得到亮黄色液体；产物用稀盐酸和去离子水反复离心清洗至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到棕色氧化石墨；将氧化石墨于去离子水中超声分散，离心去除杂质，冷冻干燥得棕色氧化石墨烯；
称取适量氧化石墨烯于烧瓶中，加入去离子水，超声2h得到氧化石墨烯水溶液；加入维生素c，并用氨水调节ph值为10,95℃水浴中反应30min；产物用去离子水反复离心洗涤至中性，冷冻干燥，得到黑色的石墨烯固体；
称取石墨烯及二苯胺磺酸钠，加入去离子水后超声3h，离心去除部分杂质，得到石墨烯水分散溶液；
（2）水性聚氨酯复合涂层的制备；
称取2.00g水性聚氨酯乳液，加入石墨烯水分散液，搅拌混合，使其分散均匀，制成石墨烯-水性聚氨酯混合液；将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，然后放入烘箱中烘干至恒重，冷却至室温。
其中，所述的石墨烯水分散液的质量分数为2.0%。所述的石墨烯及二苯胺磺酸钠的质量比为1：15。所述的烘干的温度为50℃。