CN103214897B

CN103214897B - 一种石墨烯不粘涂料

Info

Publication number: CN103214897B
Application number: CN201310086724.8A
Authority: CN
Inventors: 唐长林; 陈为健; 王樑; 蔡凤新
Original assignee: NINGBO MORSH NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: NINGBO MORSH NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: CN103214897A

Abstract

本发明公开了一种石墨烯不粘涂料，其目的在于解决现有不粘涂料存在的导热性能差导致能耗高的问题。本发明采用石墨烯改性不粘涂料而得，所述石墨烯的加入量占不粘涂料的质量百分比为0.1-5%。本发明制作成不粘涂层后，可显著提高不粘涂层的导热效果，节能降耗，且不影响不粘涂层其他各项指标如不粘性、附着力、耐热性、耐摩擦、耐腐性等。

Description

一种石墨烯不粘涂料

技术领域

本发明涉及不粘涂料生产技术领域，特别涉及一种石墨烯不粘涂料。

背景技术

不粘涂料是一种涂层表面不易被其他粘性物质所粘附或粘着后易被去除的特种涂料。此种涂料因此所形成涂层的表面能极低、摩擦系数小、易滑动等防粘性特点，被广泛应用于家用电器、烹饪厨具、汽车、机械、化工等行业。目前成功开发的不粘涂料主要为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF) 以及带有官能团的各种含氟树脂。按照涂料的介质与状态不同，不粘涂料可分为水性、溶剂型和粉末等类型。水性不沾涂料由于所含有机溶剂少、安全性好，环境污染小广受用户欢迎，产量也最大。

不粘涂层由于采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等有机物作为不粘涂层，导热性极差，如聚四氟乙烯的本征热导率为0.24w/m·K，因此在加工及使用过程中，导热性能差，被加热物体升温慢，能耗高。通过添加导热性能好的填料如铝粉、氧化铝粉、碳化硅等，然而上述金属、合金或金属氧化物与溶剂的相容性差，金属或合金易于被氧化，采用导热性能优异、热稳定性高、易分散的纳米材料作为填料将是改善不粘涂层综合性能尤其是导热性能的理想材料。

CN101555384A的发明公开了一种具高耐热油特性的不粘涂料组合物，该组合物包括：(1)50-80WT%聚酰胺酸树脂，(2)3-20WT%氟碳聚合物，所述氟碳聚合物选自聚四氟乙烯、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)或其组合；(3)10-40WT%溶剂，和(4)1-10WT%着色用色粉。该不粘涂料仍存在导热性能差的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有不粘涂料存在的导热性能差导致能耗高的问题，提供一种石墨烯不粘涂料，制作成不粘涂层后，可显著提高不粘涂层的导热效果，节能降耗，且不影响不粘涂层其他各项指标如不粘性、附着力、耐热性、耐摩擦、耐腐性等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯不粘涂料，采用石墨烯改性不粘涂料而得，所述石墨烯的加入量占不粘涂料的质量百分比为0.1-5%。

石墨烯材料是一类具有单层或多层sp²杂化的六方碳材料，多层结构的层间以π键形式结合，由于该类电子在费米能附近为狄拉克电子，有效质量为零，因此电导率达到10⁶S/cm，是目前人类发现的导电性能最高的材料，热导率超过5000 w/m·K。采用化学法制备的石墨烯表面含有一定亲水基团，而六角结构则具有疏功效，因此化学法制备的石墨烯具有较强的亲水和疏水性能，适合于分散在水性和油性涂料中。此外石墨烯的热稳定性高，热分析表明，在常压、空气中烧结时，700度至800度时才开始出现失重，碳元素被氧化成二氧化碳。

本发明采用高导热、导电的石墨烯对不粘涂料进行改性，提高了不粘涂层的导热、导电性能，从而达到节能、环保的要求。

石墨烯的加入量应控制在0.1-5%，若石墨烯的加入量大于5%，则不粘涂层会变硬、变脆，且涂层的流平性不佳，涂料的成膜性不好；若石墨烯的加入量小于0.1%，则起不到增加导热性的效果。

作为优选，所述石墨烯的加入量占不粘涂料的质量百分比为0.5-3%。石墨烯的加入量应控制在0.5-3%，这样改性效果最佳，制作成不粘涂层后，可显著提高不粘涂层的导热效果，节能降耗，且不影响不粘涂层其他各项指标如不粘性、附着力、耐热性、耐摩擦、耐腐性等。作为优选，所述石墨烯不粘涂料在使用时的粘度调节为20-30mPa·s。石墨烯不粘涂料的粘度控制在20-30mPa·s，这样利于涂料的涂布应用。

作为优选，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合的薄片状。

作为优选，所述石墨烯以石墨烯粉或石墨烯浆料的形式添加。

作为优选，所述不粘涂料为水性聚四氟乙烯不粘涂料或改性硅树脂不粘涂料。

作为优选，所述不粘涂料按重量份计各组分如下：聚四氟乙烯树脂15-20份，聚酰亚胺8-10份，聚醚砜3-5份，颜填料10-15份，分散剂0.5-1份，流平剂1-2份，二甲基甲酰胺42-50份，二甲苯8-13份。

本发明的不粘涂料可以采用市售的不粘涂料，同时也可采用上述配方的不粘涂料。

本发明上述配方通过聚酰亚胺+聚醚砜的组合改性聚四氟乙烯，并控制有效加入量，显著提高了涂层的附着力，对基材的处理要求不严格，无需底漆，且耐高温性能好，配合合适的颜填料、分散剂（Texaphor -963 分散防沉剂( Henkel 公司)）、流平剂（BYK- 370 改性硅树脂( BYK 公司)，该助剂本身具有不粘特性又具有流平作用）、溶剂（二甲基甲酰胺）及助溶剂（二甲苯），硬度高，耐磨性好，可一次烧结成型，节约能源，适合大批量用于工业生产。

加入合适的助剂（分散剂、流平剂）可使涂料形成稳定的分散体系，改善涂料的施工性，提高涂膜的性能，使得涂层光滑、致密。

采用本发明上述配方的不粘涂料，获得的石墨烯不粘涂料，对基材的处理要求不严格，无需底漆，避免常见聚四氟乙烯水性不粘涂料需要先底漆后面漆的工序，对基材处理要求严格，施工麻烦，附着力差，硬度不高等问题，涂层厚度可调，附着力好，硬度高，耐磨性好，一次烧结成型，节约能源，适合大批量用于工业生产。

作为优选，所述聚四氟乙烯树脂的细度在200目以上。可有效的分散。

本发明的有益效果是：采用高导热、导电的石墨烯对不粘涂料进行改性,制作成不粘涂层后，可显著提高不粘涂层的导热效果，节能降耗，且不影响不粘涂层其他各项指标如不粘性、附着力、耐热性、耐摩擦、耐腐性等。

附图说明

图1是使用本发明石墨烯不粘涂料制作的不粘涂层的一种结构示意图。

图中：1、铝锅，2、底漆层，3、不粘涂层。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

水性聚四氟乙烯不粘涂料为市售商业涂料，例如美国杜邦公司系列不粘涂料、日本大金公司系列不粘涂料，浙江巨化系列不粘涂料。

改性硅树脂不粘涂料为市售商业涂料，例如德国迪高的HTL系列产品、台湾长川的1400系列产品、台湾高点的9825等。

石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合的薄片状。

一种石墨烯不粘涂料，所述石墨烯不粘涂料各组分的质量百分比如下：石墨烯0.1-5%，不粘涂料95-99.9%。

实施例1：

采用商用水性聚四氟乙烯不粘涂料1000g（型号为杜邦公司TE3809），加入20g石墨烯水性浆料（市售，石墨烯含量5%，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的水，粘度调整为20 mPa·s。

采用深圳市鑫岳化工材料有限公司 XY-P200作为底漆，喷涂于经过喷砂、清洗预处理后的22cm直径铝锅1上，100℃固化10分钟后，制得涂有5微米底漆层2的铝锅。

以本实施例获得石墨烯不粘涂料作为面漆，喷涂于底漆上，100℃烘烤10分钟后升温至400℃烧结10分钟，在底漆表面形成不粘涂层3，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米（如图1所示）。

实施例2：

采用商用水性聚四氟乙烯不粘涂料1000g（型号大金公司D210C），加入1000g石墨烯水性浆料（市售，石墨烯含量5%，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的水，粘度调整为20 mPa·s。

采用深圳市鑫岳化工材料有限公司 XY-P200作为底漆，喷涂于经过喷砂、清洗预处理后的22cm直径铝锅上，100℃固化10分钟后，制得涂有5微米底漆的铝锅。

以本实施例获得石墨烯不粘涂料作为面漆，喷涂于底漆上，100℃烘烤10分钟后升温至400℃烧结10分钟，在底漆表面形成不粘涂层，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米。

实施例3：

采用商用水性聚四氟乙烯不粘涂料1000g（型号大金公司D210C），加入100g石墨烯水性浆料（市售，石墨烯含量5%，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的水，粘度调整为30 mPa·s。

实施例4：

采用商用改性硅树脂不粘涂料1000g（型号台湾长川1400），加入10g石墨烯粉（市售，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的醋酸丁酯，粘度调整为28 mPa·s。

以本实施例获得石墨烯不粘涂料作为面漆，喷涂于底漆上，100℃烘烤10分钟后升温至150℃烧结10分钟，在底漆表面形成不粘涂层，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米。

实施例5：

采用商用改性硅树脂不粘涂料1000g（型号台湾长川1400），加入30g石墨烯粉（市售，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的醋酸丁酯，粘度调整为28 mPa·s。

实施例6：

采用改性聚四氟乙烯不粘涂料1000g，加入400g石墨烯水性浆料（市售，石墨烯含量5%，宁波墨西科技有限公司），置于高速分散机内搅拌30分钟至混合均匀，获得石墨烯不粘涂料，并加入一定量的水，粘度调整为30 mPa·s。

改性聚四氟乙烯不粘涂料配方为：聚四氟乙烯树脂15-20份，聚酰亚胺8-10份，聚醚砜3-5份，颜填料10-15份，分散剂0.5-1份，流平剂1-2份，二甲基甲酰胺42-50份，二甲苯8-13份。

改性聚四氟乙烯不粘涂料制备方法：二甲基甲酰胺与二甲苯混合均匀得混合溶剂，向混合溶剂中加入聚酰亚胺和聚醚砜，升温至50-60℃搅拌溶解后，和颜填料、分散剂及流平剂等一起在球磨24-48h，然后倒入搅拌机内，加入聚四氟乙烯树脂粉（细度200目以上），混合均匀，用100-150目金属网过滤得改性聚四氟乙烯不粘涂料。

本实施例中一个具体的改性聚四氟乙烯不粘涂料配方为：聚四氟乙烯树脂18份，聚酰亚胺9份，聚醚砜3份，颜填料（珠光颜料10份+二硫化钼2份），分散剂（Texaphor -963 分散防沉剂( 市售，Henkel 公司)）0.5份，流平剂（BYK- 370 改性硅树脂( BYK 公司)）1份，二甲基甲酰胺46.5份，二甲苯10份。

以本实施例获得石墨烯不粘涂料作为面漆，喷涂于经过喷砂、清洗预处理后的22cm直径铝锅上，100℃烘烤10分钟后，再进行喷涂，反复多次至所需厚度，升温至400℃烧结15分钟，在铝锅内表面形成不粘涂层，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米。

对比例1

采用商用水性聚四氟乙烯不粘涂料1kg（型号为杜邦公司TE3809），加入一定量的水，粘度调整为20 mPa·s。

以上述水性聚四氟乙烯不粘涂料作为面漆，喷涂于底漆上，100℃烘烤10分钟后升温至400℃烧结10分钟，在底漆表面形成不粘涂层，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米。

对比例2

采用商用改性硅树脂不粘涂料1kg（型号台湾长川1400），加入一定量的醋酸丁酯，粘度调整为20 mPa·s。

以上述改性硅树脂不粘涂料作为面漆，喷涂于底漆上，100℃烘烤10分钟后升温至400℃烧结10分钟，在底漆表面形成不粘涂层，得到内表面全部覆盖有不粘涂层的铝锅，不粘涂层厚度为10微米。

性能测试

性能测试包括不粘性测试、附着力测试、耐摩擦测试、耐腐蚀测试，均为常见的测试方法，具体可参见《铝及铝合金不粘锅》行业标准进行检验。

导热效果测试方法如下：

将200mL，25度的纯净水，置于已涂覆不粘涂料的器皿（如不粘锅内），然后放置在功率为1KW的电加热炉上，开始加热并记时，至水温甚至90度时，停止加热并记录加热时长。通过加热时长判断导热效果。

测试结果见下表：

样品名	耐腐蚀	耐摩擦	粘附力	不粘性	加热时长/s
						实施例1	通过	通过	通过	通过	170
实施例2	通过	通过	通过	通过	100
						实施例3	通过	通过	通过	通过	147
实施例4	通过	通过	通过	通过	115
						实施例5	通过	通过	通过	通过	107
实施例6	通过	通过	通过	通过	110
						对比例1	通过	通过	通过	通过	240
对比例2	通过	通过	通过	通过	245

通过上表比对发现，采用本发明的石墨烯不粘涂料后，与使用普通不粘涂料相比，本发明导热效果显著提高，在相同加热条件下，同样容积水升温速度提高近40%。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种石墨烯不粘涂料，其特征在于：采用石墨烯改性不粘涂料而得，所述石墨烯的加入量占不粘涂料的质量百分比为0.5-3%；所述石墨烯以石墨烯粉或石墨烯浆料的形式添加；所述不粘涂料按重量份计各组分如下：聚四氟乙烯树脂15-20份，聚酰亚胺8-10份，聚醚砜3-5份，颜填料10-15份，分散剂0.5-1份，流平剂1-2份，二甲基甲酰胺42-50份，二甲苯8-13份；分散剂型号为Texaphor -963，流平剂型号为BYK- 370；所述聚四氟乙烯树脂的细度在200目以上；所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合的薄片状。