一种水性石墨烯醇酸树脂的制备方法

摘要

本发明公开一种水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，该方法将石墨烯、植物油脂肪酸、三羟甲基丙烷、季戊四醇、间苯二甲酸酐、催化剂和二甲苯按配方量在氮气氛围下加热至190±5℃，保温4～5小时，再加入顺丁烯二酸酐，继续保温1‑2小时，过滤，获得基础醇酸树脂；用丙二醇甲醚溶解基础醇酸树脂，得到基础醇酸树脂的混合溶液；将苯乙烯、丙烯酸、引发剂、表面活性剂的改性混合物，滴入基础醇酸树脂的混合溶液，1‑3小时滴完，保温0.5‑2小时，降温至80℃；然后加入有机胺中和，加水稀释得到一种高性能水性石墨烯醇酸树脂溶液。该发明所制备醇酸树脂具有突出的水性化、耐水性能、硬度、抗静电性能、耐腐蚀性能。

权利要求

1.一种水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：（1）将0.5重量份的氧化石墨烯、20重量份植物油脂肪酸、3.5重量份三羟甲基丙烷、3.5重量份季戊四醇、2.0重量份间苯二甲酸酐、0.1重量份催化剂和20重量份二甲苯均匀混合，在氮气环境下，加热至190±20℃，保温4 5小时;~

（2）向上述混合物中加入顺丁烯二酸酐1重量份，继续保温1-2小时，离心，获得基础醇酸树脂；

（3）用丙二醇甲醚溶解基础醇酸树脂，得到基础醇酸树脂的混合溶液；

（4）将苯乙烯5-8重量份、丙烯酸3-4重量份、引发剂1重量份、表面活性剂0.45-75重量份混合,得到改性混合物；

（5）向改性混合物中滴入基础醇酸树脂的混合溶液，1-3小时滴完，130℃保温0.5-2小时，降温至80℃；

（6）然后加入有机胺中和至中性，加水稀释得到固含量为20%的水性石墨烯醇酸树脂的溶液。

2.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的植物油选自油酸、大豆油、菜籽油、花生油、棉籽油、葵花籽油以及芝麻油、油茶籽油、米糠油、 亚麻籽油、玉米油、红花籽油、棕榈油、橄榄油、桐油。

3.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的催化剂为：二月桂酸二丁基锡。

4.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的引发剂为：过氧化二叔丁基。

5.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的表面活性剂为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂中一种或两种以上表面活性剂的复配产品。

6.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的有机胺为：三乙胺或二乙醇胺。

说明书

一种水性石墨烯醇酸树脂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，是采用一种原位聚合的制备方法，属于树脂合成领域。技术背景

[0002] 石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是是世界上最薄、最坚硬的纳米材料，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。石墨烯具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能，使其在涂料中有广泛应用。然而，石墨烯比表面积大，用量过多时极易团聚，破坏了其分散的均匀性，极大地影响了石墨烯在涂料领域的应用。

[0003] 水性醇酸涂料产品使用大量的植物油或脂肪酸,对石油产品的依赖性较小,又以空气/氧气方式固化,在生产和施工上更加安全、简便和易于操作，所以使得树脂成本较低，是涂料用树脂中用量最大的一类，所以水性醇酸涂料和水性醇酸树脂的研究更是备受关注。但是目前的水性醇酸树脂但也存在一些明显的缺点：涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性和耐腐蚀性差、户外耐候性不佳等，需要通过改性来满足性能要求。

[0004] 常见的石墨烯改性树脂主要采用共混法。但是共混法最大问题就是石墨烯很难有效分散、易团聚，因而极大地影响石墨烯在涂料领域中的应用。本发明利用氧化石墨烯中的酸根基团，采用原位聚合法制备高性能水性石墨烯醇酸树脂。本发明有效地解决了石墨烯在涂料领域中分散的难题，使得合成的水性石墨烯醇酸树脂不仅具有醇酸树脂的优点，同时也有效利用了石墨烯的部分突出功能如抗静电、导热及抗冲击性能。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供高性能水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，以解决目前石墨烯在水性醇酸树脂领域内应用的技术缺陷。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高性能水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0007] (1)将0.5重量份的石墨烯、20重量份植物油脂肪酸、3.5重量份三羟甲基丙烷、3.5重量份季戊四醇、2.0重量份间苯二甲酸酐、0.1重量份催化剂和20重量份二甲苯均匀混合，在氮气环境下，加热至190±20℃，保温4～5小时；

[0008] (2)向上述混合物中加入顺丁烯二酸酐1重量份，继续保温1-2小时，离心，获得基础醇酸树脂；

[0009] (3)用丙二醇甲醚溶解基础醇酸树脂，得到基础醇酸树脂的混合溶液；

[0010] (4)将苯乙烯5-8重量份、丙烯酸3-4重量份、引发剂1重量份、表面活性剂0.45-75重量份混合,得到改性混合物；

[0011] (5)向改性混合物中滴入基础醇酸树脂的混合溶液，1-3小时滴完，130℃保温0.5-2小时，降温至80℃；

[0012] (6)然后加入有机胺中和至中性，加水稀释得到固含量为20％的水性环保醇酸树脂溶液。

[0013] 进一步地，步骤1中所用的石墨烯为氧化石墨烯。

[0014] 进一步地，步骤(1)中所述的植物油选自油酸、大豆油、菜籽油、花生油、棉籽油、葵花籽油以及芝麻油、油茶籽油、米糠油、亚麻籽油、玉米油、红花籽油、棕榈油、橄榄油、桐油等。

[0015] 进一步地，步骤(1)中所述的催化剂为：二月桂酸二丁基锡。

[0016] 进一步地，步骤(4)中所述的引发剂为：过氧化二叔丁基(二叔丁基过氧化物)。

[0017] 进一步地，步骤(4)中所述的表面活性剂为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、以及中性表面活性剂中一种或两种以上表面活性剂的复配产品。

[0018] 进一步地，步骤(6)中所述的有机胺为：三乙胺、二乙醇胺等。

[0019] 本发明的有益效果在于：本发明中能够使石墨烯原位聚合到醇酸树脂上。本发明的合成树脂具有突出的水性化、耐水性能、硬度、抗静电性能、耐腐蚀性能。

具体实施方式

[0020] 本发明所述一种高性能水性环保醇酸树脂的制备方法，现结合实例，将本发明进一步详细叙述如下。

[0021] 实施例1：

[0022] 一种高性能水性石墨烯醇酸树脂的制备方法，采用原位聚合合成法，具体步骤如下：将氧化石墨烯、20克植物油脂肪酸、3.5克三羟甲基丙烷、3.5克季戊四醇、间苯二甲酸酐、0.1克二月桂酸二丁基锡和20g二甲苯加入250mL四口烧瓶中，通入氮气保护，并加热至190℃，保温4小时；再加入顺丁烯二酸酐1克，继续保温2小时，离心，获得基础醇酸树脂30克；再用200mL丙二醇甲醚溶解基础醇酸树脂，得到基础醇酸树脂的混合溶液；其中，氧化石墨烯和间苯二甲酸酐的加入量如表1所示。

[0023] 将8克苯乙烯、3.5克丙烯酸、1克二叔丁基过氧化物、0.45克阴离子表面活性剂组成的改性混合物滴入基础醇酸树脂的混合溶液中，1小时滴完，保温2小时，降温至80℃；然后加入有机胺中和至中性，加水稀释得到固含量为20wt％的高性能水性石墨烯醇酸树脂溶液。表1为氧化石墨烯与间苯二甲酸酐用量按不同比例所得的树脂性能情况。

[0024] 表1

[0025]

[0026] 由上表可以看出，氧化石墨烯的用量为植物油用量的0.025％，氧化石墨烯与间苯二甲酸酐用量为1:4时，可以达到最佳效果。其原因为石墨烯用量过大，会与间苯二甲酸酐的酸性基团聚合反应产生竞争，进而影响基础醇酸树脂的主体结构和性能。氧化石墨烯的用量过少导致改性效果不充分。合适的氧化石墨烯和苯二甲酸酐的用量和比例关系会使酸根基团反应充分，又不影响树脂性能。