CN103059636A - 一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法 - Google Patents

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郭喜涛
严春伟
梁铮
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Abstract

本发明涉及一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，该方法采用新型石墨烯纳米材料与传统汽车面漆原料相结合而研制成功的新一代高级汽车涂料。石墨烯纳米材料是由纳米石墨烯浆料、成膜物质、颜填料、固化剂、催化剂、助剂组成，按比例进行混合，相互作用和反应从而生成石墨烯纳米材料汽车面漆。它工艺新颖、品质优异，融合了石墨烯纳米材料优良的热、力、光学等特性，具有超高的热化学稳定性，机械性能，极高的透光性（97.7%）。由本发明制备的汽车面漆具有高强度，防紫外线、抗氧化、透明、附着力好、抗划伤、耐酸碱等特点。

Description

一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯的汽车面漆的制备方法。采用新型石墨烯纳米材料与汽车面漆原料相结合，以替代传统的、单一的汽车面漆而研制成功的新一代高级汽车涂料。
背景技术
2004年，石墨烯由曼彻斯特大学Andre Geim 教授领导的研究小组最先发现了，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是目前世界上最理想的、最薄的、最坚硬也是最柔软的二维纳米材料。石墨烯具有优异的电学、光学、热学及机械性能，并具有极高的稳定性，已经引起了科学及工业界的浓厚兴趣。基于其高透光率、极高的导电性、超宽的光吸收范围(远红外到紫外),以及极高的热、化学稳定性，极高的比表面积(2630m2/g)，可以用于太阳能电池等光电器件，储能器件、复合材料等的开发和研究。此外，通过石墨氧化、并膨胀还原的制备方式，石墨烯粉末的产量已经由克，到千克，甚至突破到了吨级，生产成本低廉，工艺简单，逐渐能够满足石墨烯实现产业化的需求。
近些年，随着人们物质生活水平的不断提高，在满足了“吃穿住”方面的需求外，对“行”的重视也越来越高。我国将由自行车大国逐渐地转入了汽车大国，对汽车的消费也将迅速扩大。然而，由于汽车本身价格昂贵，加之常年经历春夏秋冬的历练，对汽车的质量要求和保护显得非常重要和突出，尤其是对汽车油漆的性能要求极高。汽车油漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。现在市场中有很多各式各样的汽车涂料，如水溶性涂料，隔热节能涂料，环保水性可交联氟树脂保护剂等。这些汽车涂料在用途设计上只针对性地做了些改进，使得其功能狭小单一，参差不齐，综合整体的性能没有得到较好改善。另外一些汽车车身面漆保护罩、保护膜、保护衣等的添加设计，额外的附加了汽车生产的成本和涂漆环节的复杂度，并不利于其在市场中的推广和普及，降低了企业的利润和效率。
因此，研制一种能够满足生产企业，消费者以及汽车本身对面漆全面要求的新型汽车面漆是十分必要和迫切的。而石墨烯具有优异的物理和化学性能，以及在新型材料中引起的巨大反响，如果将其与传统汽车面漆原料复合，研制出新一代的高级汽车面漆，势必将产生巨大的联动效应、产业效应和经济效应。
发明内容
针对以上缺陷，本发明将石墨烯纳米材料作为助剂添加到汽车面漆之中，以生成可以代替传统汽车面漆的新型汽车面漆。该新型石墨烯汽车面漆具有强度牢固、防紫外线、抗氧化、透明、附着力好、抗划伤、耐酸碱等特点。
为达到以上目的，本发明提供了一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，将石墨烯纳米颗粒分散在有机树脂聚合物骨架中，有助于提高材料的韧性和机械性能，且其比表面积大，在涂料干燥时很快形成网络结构，同时可增强涂料的强度、光洁度和抗老化性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：发明一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，该方法具有如下步骤：
1）石墨烯粉体的制备；
依次往石墨中加入按一定比例称取的浓H2SO4，KMnO4，H20和H2O2等试剂，混合均匀维持一定温度和时间，再加入稀HCl洗涤静置，取出沉淀，洗涤至中性，干燥、膨胀还原，最后得到黑色纳米石墨烯粉体；
2）纳米石墨烯浆料的制备；
将纳米石墨烯粉体加入无水乙醇和分散剂的溶液中搅拌，调节至合适的PＨ值，最后采用高速分散机和球磨机分散一定时间后制得纳米石墨烯分散体；
3）石墨烯纳米材料汽车面漆的制备；
将汽车面漆原料纳米石墨烯浆料、成膜物质、颜填料、固化剂、催化剂、助剂按比例进行混合，相互作用和反应从而生成石墨烯纳米材料汽车面漆。
本发明所述分散体粒径小于100nm，所述固化剂为多异氰酸酯。
本发明一种石墨烯纳米材料汽车面漆，它是由纳米石墨烯浆料、成膜树脂、颜填料、固化剂、催化剂、助剂组成，所述涂料固体分中，各组分固体所占比例为：纳米石墨烯浆料占0.5％～10％，成膜树脂占15％～25％，颜填料占20％～60％，固化剂占12％ ～30％，催化剂占0.1％～3％，助剂占0.3％～3％。
本发明各组分固体所占合适的比例为：纳米石墨烯浆料占2％～8％，成膜树脂占18％～20％，颜填料占30％～50％，固化剂占20％ ～25％，催化剂占1％～2％，助剂占1％～2.5％。以上均为重量百分比。
采用以上技术方案后，本发明一种石墨烯纳米材料汽车面漆，相比较于市场中现有的汽车涂料而言，它的功能多样齐全，具有优良的抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀，抗划痕，硬度高，附着力好等性能；而且，不需要额外给车身设计面漆保护膜等措施，石墨烯的成本低，降低了企业生产的成本，提高了涂漆环节的生产效率和消费者购买力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
根据图1所示，本发明一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，该方法具有如下步骤：
1）石墨烯粉体的制备；
依次往石墨中加入按一定比例称取的浓H2SO4，KMnO4，H20和H2O2等试剂，混合均匀维持一定温度和时间，再加入稀HCl洗涤静置，取出沉淀，洗涤至中性，干燥、膨胀还原，最后得到黑色纳米石墨烯粉体；
2）纳米石墨烯浆料的制备；
将纳米石墨烯粉体加入无水乙醇和分散剂的溶液中搅拌，调节至合适的PＨ值，最后采用高速分散机和球磨机分散一定时间后制得纳米石墨烯分散体；
3）石墨烯纳米材料汽车面漆的制备；
将汽车面漆原料纳米石墨烯浆料、成膜物质、颜填料、固化剂、催化剂、助剂按比例进行混合，相互作用和反应从而生成石墨烯纳米材料汽车面漆。
本发明所述分散体粒径小于100nm，所述固化剂为多异氰酸酯。
本发明一种石墨烯纳米材料汽车面漆，它是由纳米石墨烯浆料、成膜树脂、颜填料、固化剂、催化剂、助剂组成，所述涂料固体分中，各组份固体所占比例为：纳米石墨烯浆料占0.5％～10％，成膜树脂占15％～25％，颜填料占20％～60％，固化剂占12％～30％，催化剂占0.1％～3％，助剂占0.3％～3％，将上述原料进行混合，在一定条件下相互作用和反应从而生成石墨烯纳米材料汽车面漆。
本发明各组份固体所占合适的比例为：纳米石墨烯浆料占2％～8％，成膜树脂占18％～20％，颜填料占30％～50％，固化剂占20％ ～25％，催化剂占1％～2％，助剂占1％～2.5％。以上均为重量百分比。
实施例：
步骤一：石墨烯粉体的制备；
将50.0g石墨与1-5L 98%的H2SO4混合并搅拌均匀，在200C下缓慢加入150.0-300.0g KMnO4，维持12-24h，然后加入一定量H20，温度和时间分别维持在80-900C，0.5-1h，再加入250-500ml H2O2（浓度30%），最后用HCl和H2O洗涤，取沉淀至中性，干燥，在高温下膨胀还原，得到黑色纳米石墨烯粉体。（以上比例可等比例放大）
步骤二：纳米石墨烯浆料的制备；
首先把无水乙醇和分散剂均匀混合，然后把纳米石墨烯粉体加入其中，在一定转速下搅拌，加入ＰＨ值调节剂调节至适合的PＨ值，最后采用高速分散机和球磨机分散一定时间后制得纳米石墨烯分散体，其中纳米石墨烯粉体为步骤一所制得的纳米粉体，其粒径小于100nm。
步骤三：石墨烯纳米材料汽车面漆的制备；
将石墨烯纳米材料汽车面漆原料：纳米石墨烯浆料、成膜物质、颜填料、固化剂、催化剂、助剂进行混合，所述原料固体成份中，各组份固体所占比例为：纳米石墨烯浆料占0.5％～10％，成膜树脂占15％～25％，固化剂占12％ ～30％，颜填料占20％～60％，催化剂占0.1％～3％，助剂占0.3％～3％，以上均为重量百分比，将上述原料按比例相互先后进行混合，在一定条件下相互作用和反应得到新型的石墨烯纳米材料汽车面漆，其中纳米石墨烯浆料为步骤二中制备的纳米石墨烯分散体浆料，固化剂多异氰酸酯。

Claims (4)

1.一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，其特征在于该方法具有如下步骤：
1）石墨烯粉体的制备；
依次往石墨中加入按一定比例称取的浓H2SO4，KMnO4，H20和H2O2等试剂，混合均匀维持一定温度和时间，再加入稀HCl洗涤静置，取出沉淀，洗涤至中性，干燥、膨胀还原，最后得到黑色纳米石墨烯粉体；
2）纳米石墨烯浆料的制备；
将纳米石墨烯粉体加入无水乙醇和分散剂的溶液中搅拌，调节至合适的PH值，最后采用高速分散机和球磨机分散一定时间后制得纳米石墨烯分散体，其粒径小于100nm；
3）石墨烯纳米材料汽车面漆的制备；
将汽车面漆原料纳米石墨烯浆料、成膜物质、颜填料、固化剂、催化剂、助剂按比例进行混合，相互作用和反应从而生成石墨烯纳米材料汽车面漆。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米材料汽车面漆的制备方法，其特征在于所述分散体粒径小于100nm，所述固化剂为多异氰酸酯。
3.一种石墨烯纳米材料汽车面漆，其特征在于它是由纳米石墨烯浆料、成膜树脂、颜填料、固化剂、催化剂、助剂组成，所述涂料固体成份中，各组份固体所占比例为：纳米石墨烯浆料占0.5％～10％，成膜树脂占15％～25％，颜填料占20％～60％，固化剂占12％ ～30％，催化剂占0.1％～3％，助剂占0.3％～3％。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯纳米材料汽车面漆，其特征在于各组份固体所占合适的比例为：纳米石墨烯浆料占2％～8％，成膜树脂占18％～20％，颜填料占30％～50％，固化剂占20％ ～25％，催化剂占1％～2％，助剂占1％～2.5％。
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