石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯涂料的制备方法，特别涉及石墨烯改性阻燃、耐光性
水性水性聚氨酯涂料的制备方法。
背景技术
聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料以及胶粘剂等领域。由
于喷涂于内外墙体、家具或者金属器具表面的涂料和油漆，与人类直接或间接接触，因此有
毒、有害涂料时刻威胁着人们的健康。另外，由于使用的领域常接触太阳光，而太阳光线中
含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290～460nm，这些有害的紫外光通过化学上
的氧化还原作用，使涂料发生颜色的变化。
聚氨酯进行聚合常采用二月桂酸二丁基锡做催化剂，但由于重金属锡随着聚氨酯
的降解而对环境造成危害，降低聚氨酯涂料残余物对环境的危害程度，已经成为一个技术
难题。
为了提高聚氨酯树脂的耐光性，常采用加入紫外线吸收剂和抗氧化剂的方式，但
传统的合成抗氧化剂有叔丁基羟基茴香醚、过氧化氢叔丁基和叔丁基对苯二酚等具有较大
的毒副作用和致癌性，而用传统的加入有机硅材料提高防水性的效果不能令人满意，因此
需要寻找更加高效环保的防水和耐光措施。
与其他大多数高分子材料一样，聚氨酯不耐热，容易被点燃，产生毒性气体，危害
人身财产安全。使聚氨酯制品具有一定的阻燃性，添加阻燃剂是最常用的方法，目前经常添
加的阻燃剂是磷酸酯和卤代磷酸酯，这类阻燃剂对于提高聚氨酯的阻燃性效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料
的制备方法，通过石墨烯对水性聚氨酯涂料进行改性，选择自制催化剂和耐光剂、阻燃剂提
高水性聚氨酯的阻燃性和耐光性，并降低聚氨酯的毒性。
1、石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，特征在于：
（1）催化剂合成
将2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂，收率70％；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.05g片材加入到浓硫酸400ml、4-硼酸三苯胺0.4g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.3g中混合，反应温度为70℃，在超声功率为500W、超声频率为100KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3h，超声后用450mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘8h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）催化剂0.6g、聚
四氢呋喃醚二醇80g与异佛尔酮二异氰酸酯40g混合，于70℃下反应1h，加入2-磺基苯甲酸
酐0.2g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚体
A，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入的氨基苯磺酸1.2g和丙酮20g，于75℃条件下反应2h，加入2,4,6-
三羟基苯甲酸1g和步骤（2）的耐光剂1.2g，反应温度85℃，反应时间0.5h，加入三乙胺12g进
行中和反应30min，加水110g搅拌进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
2、石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，特征在于：
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.6g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.8g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.4g、二乙醇胺4.6g和N-溴代丁二酰胺3.5g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂，收率70％；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.8g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.8g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌2h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.8g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.6g，80℃搅拌2h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2g片材加入到浓硝酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.4g中混合，反应温度为90℃，在超声功率为500W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在90℃下烘8h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材；石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.6g、
聚四氢呋喃醚二醇110g与异佛尔酮二异氰酸酯60g混合，于70℃下反应2h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.6g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.75g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚
体A，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入N-甲基二乙醇胺6.25g和丙酮45g，于85℃条件下反应3h，加入的4g
的2,4,6-三羟基苯甲酸步骤（2）的耐光剂1.8g，反应温度75℃，反应时间3h，加入三乙胺
21.5g进行中和反应350min，加水90g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
3.石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，特征在于：
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.2g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.8g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂，收率70％；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2g片材加入到浓硝酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为70℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3.5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水
反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘13h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨
烯为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，
纯度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.3g、
聚四氢呋喃醚二醇55g与异佛尔酮二异氰酸酯40g混合，于70℃下反应3h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.3g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚
体A，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入二异丙醇胺2.8g和丙酮25.4g，于70℃条件下反应3h，加入2,4,6-
三羟基苯甲酸1.6g和步骤（2）的耐光剂1.6g，反应温度70℃，反应时间2h，加入14.2g三乙胺
进行中和反应40min，加水70g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
4. 石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，特征在于：
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂，收率70％；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2片材加入到浓硫酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为60℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流2h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘12h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂2g、聚
四氢呋喃醚二醇50g与异佛尔酮二异氰酸酯50g混合，于60℃下反应2h，加入2-磺基苯甲酸
酐0.2g和步骤（3）的羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚
体A，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入的；2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇2g和丙酮18g，于65℃条件
下反应2h，加入2,4,6-三羟基苯甲酸1.6g和步骤（2）的耐光剂1.4g，反应温度75℃，反应时
间0.5h，加入三乙胺12g进行中和反应30min，加水110g搅拌进行乳化，得到阻燃、耐光性水
性聚氨酯涂料。
5.石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法，特征在于：
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂，收率70％；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2片材加入到浓硝酸400ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘12h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材；石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.6g、
聚四氢呋喃醚二醇30g与异佛尔酮二异氰酸酯30g混合，于70℃下反应3h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.6g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.75g，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚
体A；
（5）、向预聚体A加入对氨基苯磺酸5.25g和丙酮45g，于75℃条件下反应3.2h，加入的3g
的2,4,6-三羟基苯甲酸和步骤（2）的耐光剂1.9g，反应温度85℃，反应时间2h，加入三乙胺
22.5g进行中和反应360min，加水100g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
本发明具有以下特点：本发明在二月桂酸二丁基锡催化下，聚四氢呋喃醚二醇与
异佛尔酮二异氰酸酯进行反应，利用2-磺基苯甲酸酐对二月桂酸二丁基锡进行固定，D-泛
醇和2,4,6-三羟基苯甲酸与残余的异氰酸酯发生反应，提高了聚氨酯的阻燃性和耐光性。
具体体现在以下几个方面：
（1）、3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、羧甲基纤维素钠、三氯化钛、乙醇镁、醋酸锌、二乙醇
胺和N-溴代丁二酰胺制备一种新型催化剂，降低了聚氨酯的毒性，提供了聚氨酯合成的合
成效率；
（2）亚硫酸钠、偏亚硫酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸、茶多酚和二丁基羟基甲苯、碳酸铝和
硬脂酸铝，甲基三乙氧基硅烷和二甲基甲酰胺合成一种耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯与异氰酸酯反应，接枝到聚氨酯预聚体中去；
（4）、4-硼酸三苯胺和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸能够增强石墨烯的羧基化程度；
（5）氨基苯磺酸；N-甲基二乙醇胺；二异丙醇胺；2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇；对
氨基苯磺酸进行扩链，扩链效果佳。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明。
实例一
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.05g片材加入到浓硫酸400ml、4-硼酸三苯胺0.4g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.3g中混合，反应温度为70℃，在超声功率为500W、超声频率为100KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3h，超声后用450mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘8h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）催化剂0.6g、聚
四氢呋喃醚二醇80g与异佛尔酮二异氰酸酯40g混合，于70℃下反应1h，加入2-磺基苯甲酸
酐0.2g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚体
A，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入的氨基苯磺酸1.2g和丙酮20g，于75℃条件下反应2h，加入2,4,6-
三羟基苯甲酸1g和步骤（2）的耐光剂1.2g，反应温度85℃，反应时间0.5h，加入三乙胺12g进
行中和反应30min，加水110g搅拌进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
实例二
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.6g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.8g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.4g、二乙醇胺4.6g和N-溴代丁二酰胺3.5g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.8g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.8g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌2h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.8g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.6g，80℃搅拌2h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2g片材加入到浓硝酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.4g中混合，反应温度为90℃，在超声功率为500W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在90℃下烘8h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材；石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.6g、
聚四氢呋喃醚二醇110g与异佛尔酮二异氰酸酯60g混合，于70℃下反应2h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.6g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.75g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚
体A，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入N-甲基二乙醇胺6.25g和丙酮45g，于85℃条件下反应3h，加入的4g
的2,4,6-三羟基苯甲酸步骤（2）的耐光剂1.8g，反应温度75℃，反应时间3h，加入三乙胺
21.5g进行中和反应350min，加水90g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
实例三
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.2g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.8g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2g片材加入到浓硝酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为70℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流3.5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水
反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘13h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨
烯为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，
纯度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.3g、
聚四氢呋喃醚二醇55g与异佛尔酮二异氰酸酯40g混合，于70℃下反应3h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.3g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度80℃，得到聚氨酯预聚
体A，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入二异丙醇胺2.8g和丙酮25.4g，于70℃条件下反应3h，加入2,4,6-
三羟基苯甲酸1.6g和步骤（2）的耐光剂1.6g，反应温度70℃，反应时间2h，加入14.2g三乙胺
进行中和反应40min，加水70g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
实例四
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2片材加入到浓硫酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为60℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流2h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘12h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材，石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂2g、聚
四氢呋喃醚二醇50g与异佛尔酮二异氰酸酯50g混合，于60℃下反应2h，加入2-磺基苯甲酸
酐0.2g和步骤（3）的羧基化石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚
体A，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；
（5）、向预聚体A加入的；2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇2g和丙酮18g，于65℃条件
下反应2h，加入2,4,6-三羟基苯甲酸1.6g和步骤（2）的耐光剂1.4g，反应温度75℃，反应时
间0.5h，加入三乙胺12g进行中和反应30min，加水110g搅拌进行乳化，得到阻燃、耐光性水
性聚氨酯涂料。
实例五
（1）催化剂合成
将 2.2g的3-羟基-7-甲氧基-2-萘甲酸、4.1g羧甲基纤维素钠、三氯化钛1.6g、乙醇镁
0.6g、醋酸锌5.3g、二乙醇胺4.5g和N-溴代丁二酰胺3.2g加入到 30mL 甲乙酮、2mL 对甲苯
磺酰氯，90℃反应3h，蒸除大部分溶剂后冷却过滤，滤饼用热碳酸氢钾溶液洗涤，水洗至中
性，干燥，用四氢呋喃与甲醇、丙酮混合重结晶，得粉末催化剂；
（2）耐光剂的合成：
将亚硫酸钠3g、偏亚硫酸钠0.9g、三聚磷酸钠3.5g、柠檬酸6.2g、茶多酚4.5g和二丁基
羟基甲苯1.3g在60℃搅拌1h，加入碳酸铝4.2g和硬脂酸铝1.6g，70℃搅拌2h，在加入甲基三
乙氧基硅烷2.5g和二甲基甲酰胺3.2g，80℃搅拌3h，得到耐光剂；
（3）、羧基化石墨烯片材
将石墨烯0.2片材加入到浓硝酸400ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3 ,4 ,5 -三氟苯硼酸
0.2g中混合，反应温度为80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷
凝回流5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反
复洗涤直至中性，最后在80℃下烘12h，研磨至微细粉末状，即得羧基化石墨烯片材；石墨烯
为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1 ~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1 ~ 10 nm，纯
度99.5 （wt.）%，比表面积500~2600m2/g；
（4）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将步骤（1）的催化剂0.6g、
聚四氢呋喃醚二醇30g与异佛尔酮二异氰酸酯30g混合，于70℃下反应3h，加入2-磺基苯甲
酸酐0.6g和步骤（3）羧基化石墨烯片材0.75g，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚
体A；
（5）、向预聚体A加入对氨基苯磺酸5.25g和丙酮45g，于75℃条件下反应3.2h，加入的3g
的2,4,6-三羟基苯甲酸和步骤（2）的耐光剂1.9g，反应温度85℃，反应时间2h，加入三乙胺
22.5g进行中和反应360min，加水100g进行乳化，得到阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料。
发明所用化工原料同种名称（如石墨烯）可购买于任何生产或销售企业。
下面通过相关实验数据进一步说明本发明的有益效果：
为了定量描述涂料的耐光性能，采用分光光度仪进行检测，以得到反色差值△E，来描
述涂料与面漆的耐光性。△E代表了颜色变化程度，△E越大，颜色改变越明显。一般来说，△
E值为0～1.5属轻微变化；△E值为1.5～3.0属可感变化；△E值为3.0～6.0属明显变化（参
见王芳，党高潮，王丽琴，几种有机文物保护聚合物涂料的光降解[J].西北大学学报，2005，
35（5）：56~58），美涂士PE漆是选自于广东美涂士建材股份有限公司。
表一石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料所成膜耐光性
时间/min
实例一
实例二
实例三
实例四
实例五
美涂士PE漆
90
0.4
0.4
0.4
0.3
0.2
0.8
150
0.4
0.6
0.4
0.3
0.2
0.4
270
0.4
0.6
0.5
0.4
0.3
0.5
330
0.5
0.7
0.5
0.4
0.3
0.9
390
0.9
1.0
0.7
0.5
0.5
1.5
450
0.9
1.2
0.7
0.5
0.5
1.6
510
1.0
1.2
0.8
0.6
0.6
1.9
540
1.0
1.2
1.1
0.8
1.0
2.0
600
1.0
1.2
1.2
1.1
0.9
3.5
从表一可以发现，实例一到实例五所制备的涂料耐光性均在轻微变化范围内，显示很
好的耐光性，而市场PU-1在390min已经属于可感变化。
阻燃性是通过烟密度法（最大烟密度、达到最大烟密度时间）、氧指数、垂直燃烧指
标（有焰燃烧时间、无焰燃烧时间）来衡量。
表二石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料所成膜的阻燃性能
表二各项指标的检测分别依据如下标准：烟密度依据GB8323-2008来测定，氧指数采用
GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验-氧指数法》测定；有焰燃烧时间和无焰燃烧时间是由
GB/T 5455-1997《纺织品燃烧能试验-垂直法》来测定。
由表而可知，使用了本发明石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料后，最大烟密
度显著降低，达到最大烟密度时间显著延长，氧指数明显提高，燃烧时间明显缩短。