低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料，具体涉及低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯涂料的主要成分包括多元醇和异氰酸酯，多元醇和异氰酸酯交联固化得到聚氨酯涂层。传统的聚氨酯涂料中多元醇一般来源于石油化工行业，而随着石化资源的日益减少，传统聚氨酯涂料中多元醇价格持续上升，因此，发展以生物基多元醇为原料的聚氨酯涂料已经成为目前的研究热点。但生物基聚氨酯存在不耐高温、阻燃性差和机械性差等缺点。生物基聚氨酯涂料用作于户外设备的漆膜保护层时，长期受到酸雨、油污等溶剂的侵蚀，易发生破损等现象，失去保护作用。因此，为了使生物基聚氨酯涂料对户外设备进行长效保护，生物基聚氨酯涂料的性能还有待提高。

2、石墨烯由于其大的比表面积，特定的层状结构，高的机械强度和良好的热稳定性而成为制备复合涂料的有效增强填料，但石墨烯片之间强烈的范德华相互作用使它易于在聚合物基体中重新堆积和附聚，这直接影响了复合涂料的性能。而氧化石墨烯具有与石墨烯相似的平面结构，且在表面含有大量的活性基团(如羧基，羟基等)。氧化石墨烯与石墨烯相比，分散性和反应性较好，但是由于go表面的羟基，羧基等都是亲水基，存在与环氧树脂等涂层基体树脂相容性较差的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提供了低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料及其制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料，包括组分a和组分b，所述组分a包括以下原料：复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇、石油基多元醇以及助剂，所述复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇以及石油基多元醇的质量比为0.1-1：100-300：100-300，所述复合功能化氧化石墨烯由硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯功能化后得到，所述组分b包括异氰酸酯和组分b助剂。

4、低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤a：制备复合功能化氧化石墨烯；

6、步骤b：制备生物基多元醇；

7、步骤c：将石油基多元醇、步骤a制备的复合功能化氧化石墨烯、步骤b制备的生物基多元醇以及助剂按比例混合均匀得到组分a；

8、步骤d：将组分b与步骤c得到的组分a按比例混合均匀，得到聚氨酯涂料。

9、进一步的，步骤a中制备复合功能化氧化石墨烯的具体步骤如下：

10、步骤a1：通过硅烷偶联剂和氧化石墨烯制备得到氨基官能化氧化石墨烯；

11、步骤a2：通过钛酸酯偶联剂和氨基官能化氧化石墨烯制备得到复合功能化氧化石墨烯。

12、进一步的，所述硅烷偶联剂为3-甲氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-羟乙基)丙基三甲氧基硅烷或γ－氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

13、进一步的，所述钛酸酯偶联剂为螯合型偶联剂中的一种或多种，所述螯合型偶联剂包括双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯和双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。

14、进一步的，步骤a1的具体步骤为：

15、步骤a101：将1-3g的氧化石墨烯加入到在200ml二甲基甲酰胺中进行超声分散；

16、步骤a102：超声分散结束后，向体系中滴加1-10g硅烷偶联剂，并在50-100℃的温度下搅拌1-5h，得到含有氨基官能化氧化石墨烯的混合液。

17、进一步的，步骤a2的具体步骤为：

18、步骤a201：向步骤a102得到的含有氨基官能化氧化石墨烯的混合液中滴加1-10g钛酸酯偶联剂，并在50-120℃的温度下搅拌1-3h，得到含有复合功能化氧化石墨烯的混合液；

19、步骤a202：对含有复合功能化氧化石墨烯的混合液进行过滤，并对滤渣进行洗涤；

20、步骤a203：对洗涤后的滤渣进行烘干，得到复合功能化氧化石墨烯。

21、进一步的，所述组分a助剂包括扩链剂，所述复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇、石油基多元醇、扩链剂的配比为0.1-1：100-300：100-300：1-20。

22、进一步的，步骤b的具体步骤为：

23、步骤b1：将乙二醇、二乙醇胺和醋酸钾按按比例预先混合配置成混合溶液；

24、步骤b2：将回收植物油与步骤b1得到的混合溶液按比例加入到反应釜中，在100-400℃的温度下连接搅拌30-180分钟，得到生物基多元醇，该过程中反应釜中有氮气流动，且真空压力400-800mpa。

25、进一步的，所述回收植物油为大豆油、花生油、棕榈油、菜籽油、麻疯树油或黄连木油或它们中两种、两种以上的组合。

26、进一步的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。

27、进一步的，所述石油基多元醇可以为聚醚多元醇或聚酯多元醇，其中优选含炔基多元醇。因为石油基多元醇比生物基多元醇制备得到的聚氨酯涂层耐热性和力学性能都较好，而含炔基多元具有更高的热稳定性，因此可用来弥补生物基多元醇带给涂料的缺陷。

28、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

29、1.本发明使用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂功能化石墨烯，得到复合功能化氧化石墨烯，通过复合功能化氧化石墨烯对植物油基聚氨酯涂料进行改性，使其更加环保的同时具有较好的物化性能。

30、2.本发明通过硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行复合改性，通过硅烷偶联剂改性后氧化石墨烯表面具有了更多的可以与其他物质结合的基团，提高了氧化石墨烯与其他物质的相容性，因此可以有效提升氧化石墨烯的分散性能，在此基础上通过钛酸酯偶联剂继续对氧化石墨烯进行功能化，钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂发生长链缠绕，通过长链缠绕的氧化石墨烯的冲击强度、伸长率以及剪切强度可有效提升，因此复合改性氧化石墨烯不仅具有更好的分散性，同时硅烷偶联剂可以使钛酸酯偶联剂均匀结合在氧化石墨烯表面各处，当氧化石墨烯分散在涂料中时，可以使钛酸酯偶联剂也更加均匀的分散在涂料中，更好的提升涂料的耐热性能。使用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行复合改性对氧化石墨烯进行功能化都可以提升氧化石墨烯在聚氨酯涂料中的分散性的同时，还能有提升聚氨酯涂料的综合性能。

技术特征：

1.一种低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料，其特征在于，包括组分a和组分b，所述组分a包括以下原料：复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇、石油基多元醇以及助剂，所述复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇以及石油基多元醇的质量比为0.1-1：100-300：100-300，所述复合功能化氧化石墨烯由硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯功能化后得到，所述组分b包括异氰酸酯。

2.一种低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中制备复合功能化氧化石墨烯的具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为3-甲氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-羟乙基)丙基三甲氧基硅烷或γ－氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

5.根据权利要求3或4所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为螯合型偶联剂中的一种或多种，所述螯合型偶联剂包括双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯和双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。

6.根据权利要求2所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤a1的具体步骤为：

7.根据权利要求2所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：所述组分a助剂包括扩链剂，所述复合功能化氧化石墨烯、生物基多元醇、石油基多元醇、扩链剂的配比为0.1-1：100-300：100-300：1-20。

8.根据权利要求7所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：所述扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、丙三醇中的一种或多种。

9.根据权利要求2所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：步骤b的具体步骤为：

10.根据权利要求2所述的低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。

技术总结
本发明公开了低碳环保功能化氧化石墨烯聚氨酯涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明针对现有技术中氧化石墨烯与环氧树脂等涂层基体树脂相容性较差的问题，本发明通过硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行复合改性，提高了氧化石墨烯与其他物质的相容性，因此可以有效提升氧化石墨烯的分散性能，在此基础上通过钛酸酯偶联剂继续对氧化石墨烯进行功能化，钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂发生长链缠绕，通过长链缠绕的氧化石墨烯的冲击强度、伸长率以及剪切强度可有效提升，同时硅烷偶联剂可以使钛酸酯偶联剂均匀结合在氧化石墨烯表面各处，可以使钛酸酯偶联剂也更加均匀的分散在涂料中，更好的提升涂料的耐热性能。

技术研发人员：吕尧,王陵茜,冯霞,颜子博,罗显明,付全军,杨敖霜,张胜,韩菲,何荣旭
受保护的技术使用者：龙蟒大地农业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15