CN105670474A - 一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法。包括以下物质：乳液，石墨烯水分散液，氨中和剂，消泡剂，润湿剂，流平剂，色浆，增稠剂，水。将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中搅拌至混合均匀，得到混合物；依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，继续搅拌至混合均匀，缓慢加入水、氨中和剂和增稠剂，并搅拌均匀，得到石墨烯水性工业涂料成品。通过石墨烯本身的高稳定性和高强度能力，从而提高整个体系的耐磨能力和硬度。同时，由于石墨烯具有优异的导电性，能够有效的缓解电化学腐蚀，再加上其结构特点，能够形成保护膜，进一步提高水性工业涂料的耐腐能力。

Description

一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工领域，涉及一种涂料及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法。
背景技术
物件暴露在大气之中，受到氧气、水分等的侵蚀，容易造成金属锈蚀、木材腐朽、水泥风化等破坏现象，而在物件表面涂以涂料，形成一层保护膜，能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长，涂料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。但当下，环保问题正在成为涂料行业面临的“大问题”。涂料涂刷过程释放出的挥发性有机物，是大气污染物的来源之一，有的企业已经开始进行生产环节的改造升级，使用水性工业涂料取代传统油漆，也被业内认为是解决涂料企业污染的根本途径。但水性工业涂料在有的性能上还远远比不上传统的油漆，所以在此领域进展缓慢。
最早的水性工业涂料以丙烯酸为主要原料，其优点是耐水、耐候性好。其缺点是综合性能一般，化学性能比较低(例如耐醇耐碱性能较差),硬度、耐磨度等物理指标较低，这也是大多数人认为水性工业涂料不好的原因所在。水性工业涂料有环保漆膜效果好等优点，水性工业涂料包括单组分水性工业涂料和双组分水性工业涂料两种，单组分水性工业涂料在硬度和耐高温等性能上不如双组分涂料；而双组分水性工业涂料与单组分水性工业涂料相比加工成本较高。两者各有优缺点，但相对来说最根本的还是水性工业涂料各方面综合性能有待于进一步提高。之后的水性工业涂料以丙烯酸和水性聚氨酯的复合物为主要原料，不但继承了丙烯酸产品耐候性、施工宽容度好的优点，同时也提高了水性工业涂料的硬度，但是化学性能和柔韧性等仍然没有很好地解决。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种新型的石墨烯水性工业涂料及其制备方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种石墨烯水性工业涂料，按照重量成分包括以下物质：
所述乳液为聚乙烯乙酸乳液、丙烯酸酯苯乙烯改性的丙烯酸酯乳液、丁苯乳液、水性醇酸树脂、丙苯乳液、水性聚酯树脂中的任意一种或两种；所述氨中和剂为多功能胺助剂；所述消泡剂为矿物碳氢化合物类消泡剂和/或非离子型烷基共聚物消泡剂；所述润湿剂为烷基芳基聚醚、玻珀酸二异辛酯酸酸盐中的任意一种物质；所述流平剂为为聚二甲基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、氟改性丙烯酸酯中的任意一种；所述增稠剂为缔合型碱溶胀增稠剂和/或聚氨酯增稠剂。
一种制备所述石墨烯水性工业涂料的方法，包括以下步骤：
(1)将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中搅拌至混合均匀，得到混合物a；
(2)依次向步骤(1)中的混合物a中加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，继续搅拌至混合均匀，得到混合物b；
(3)缓慢向步骤(2)中的混合物b中加入水、氨中和剂和增稠剂，并搅拌均匀，得到石墨烯水性工业涂料成品c。
作为优选，所述(1)步骤中，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min。
作为优选，所述(2)步骤中，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min。
作为优选，所述(3)步骤中搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min，pH控制在7.5-8.5之间。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)在单组分水性工业涂料方面，由于根据不同的使用需求可选择不同的乳液，如聚乙烯乙酸乳液提高韧性、丙烯酸酯乳液提高耐水耐候性、丁苯乳液提高耐磨耐热耐老化性能、水性醇酸树脂提高耐磨耐候性、丙苯乳液提高硬度和耐热性。因此，根据使用条件确定乳液种类后，在水性工业涂料中通过添加超声方法制得的石墨烯水分散液，利用石墨烯巨大的比表面积和特殊的二维结构，将石墨烯有效的分散到水性工业涂料的整个体系中，与树脂成分结合，通过石墨烯本身的高稳定性和高强度能力，从而提高整个体系的耐磨能力和硬度。同时，由于石墨烯具有优异的导电性，能够有效的缓解电化学腐蚀，再加上其结构特点，能够形成保护膜，进一步提高水性工业涂料的耐腐能力。
(2)在双组分水性工业涂料方面，首先根据不同的使用需求可选择不同的乳液进行复配，如聚乙烯乙酸乳液提高韧性、丙烯酸酯乳液提高耐水耐候性、丁苯乳液提高耐磨耐热耐老化性能、水性醇酸树脂提高耐磨耐候性、丙苯乳液提高硬度和耐热性、水性聚酯树脂提高涂层柔韧性。在双组份水性工业涂料中通过添加超声方法制得的石墨烯水分散液，利用石墨烯的二维片层结构和巨大的比表面积，将石墨烯分散到双组份水性工业涂料体系中，能够更好的将乳液铺展开，充分发挥乳液在此体系中的作用，同时利用石墨烯高强度高稳定性的能力，达到提高双组份水性工业涂料的化学性能和柔韧性。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，本实施例提供一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法，涂料中按照重量分数包括以下物质：水溶性无油醇酸树脂(乳液)：30份，石墨烯水分散液：5份(石墨烯与水的质量比为1：1000)，AMP-95#(氨中和剂)：0.2份，BYK-028(消泡剂)：0.25份，TEGO270(润湿剂)：0.2份，EFKA3772(流平剂)：0.5份，色浆(白浆70％)：20份，HASE-5(增稠剂)：1份，水：5份。
制备过程为，将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中在600转/分的搅拌速度下搅拌30分钟，待混合物混合均匀后得到混合物；然后向混合物中依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，然后调节转速至700转/分，搅拌40分钟。得到均匀的混合物；待所有物质混合均匀后，再依次加入水、氨中和剂和增稠剂，石墨烯水分散液加入混合釜中在600转/分的搅拌速度下搅拌35分钟，并搅拌均匀，用氨中和剂对混合物的pH进行适当调节，控制混合物pH在7.5-8.5之间，最终得到石墨烯水性工业涂料成品。
实施例2，本实施例提供一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法，涂料中按照重量分数包括以下物质：丁苯乳液：30份，石墨烯水分散液：10份(石墨烯与水的质量比为1：100)，AMP-95#(氨中和剂)：1份，DREWPLUSL-1311(消泡剂)：0.5份，玻珀酸二异辛酯酸酸盐(润湿剂)：0.5份，烷基改性有机硅氧烷(流平剂)：1份，色浆(白浆80％)：10份，聚氨酯增稠剂(增稠剂)：5份，水：30份。
制备过程为，将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中在600转/分的搅拌速度下搅拌30分钟，待混合物混合均匀后得到混合物；然后向混合物中依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，然后调节转速至700转/分，搅拌40分钟。得到均匀的混合物；待所有物质混合均匀后，再依次加入水、氨中和剂和增稠剂，石墨烯水分散液加入混合釜中在800转/分的搅拌速度下搅拌30分钟，并搅拌均匀，用氨中和剂对混合物的pH进行适当调节，控制混合物pH在7.5-8.5之间，最终得到石墨烯水性工业涂料成品。
实施例3，本实施例提供一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法，涂料中按照重量分数包括以下物质：水性醇酸树脂：45份，石墨烯水分散液：2份(石墨烯与水的质量比为1：500)，AMP-95#(氨中和剂)：0.1份，DREWPLUSL-1311(消泡剂)：0.3份，烷基芳基聚醚(润湿剂)：0.8份，氟改性丙烯酸酯(流平剂)：0.5份，色浆(白浆80％)：30份，缔合型碱溶胀增稠剂(增稠剂)：3份，水：20份。
制备过程为，将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中在650转/分的搅拌速度下搅拌30分钟，待混合物混合均匀后得到混合物；然后向混合物中依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，然后调节转速至650转/分，搅拌35分钟。得到均匀的混合物；待所有物质混合均匀后，再依次加入水、氨中和剂和增稠剂，石墨烯水分散液加入混合釜中在700转/分的搅拌速度下搅拌38分钟，并搅拌均匀，用氨中和剂对混合物的pH进行适当调节，控制混合物pH在7.5-8.5之间，最终得到石墨烯水性工业涂料成品。
实施例4，本实施例提供一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法，涂料中按照重量分数包括以下物质：水溶性无油醇酸树脂(乳液)：50份，石墨烯水分散液：10份，AMP-95#(氨中和剂)：0.1份，BYK-028(消泡剂)：0.25份，TEGO270(润湿剂)：0.1份，EFKA3772(流平剂)：0.1份，色浆(白浆70％)：40份，HASE-5(增稠剂)：5份，水：30份。
制备过程为，将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中在800转/分的搅拌速度下搅拌30分钟，待混合物混合均匀后得到混合物；然后向混合物中依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，然后调节转速至600转/分，搅拌30分钟。得到均匀的混合物；待所有物质混合均匀后，再依次加入水、氨中和剂和增稠剂，石墨烯水分散液加入混合釜中在600转/分的搅拌速度下搅拌40分钟，并搅拌均匀，用氨中和剂对混合物的pH进行适当调节，控制混合物pH在7.5-8.5之间，最终得到石墨烯水性工业涂料成品。
实施例5，本实施例提供一种石墨烯水性工业涂料及其制备方法，涂料中按照重量分数包括以下物质：水溶性无油醇酸树脂(乳液)：30份，石墨烯水分散液：1份，AMP-95#(氨中和剂)：0.5份，BYK-028(消泡剂)：0.25份，TEGO270(润湿剂)：1份，EFKA3772(流平剂)：1份，色浆(白浆80％)：25份，HASE-5(增稠剂)：3份，水：20份。
制备过程为，将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中在600转/分的搅拌速度下搅拌35分钟，待混合物混合均匀后得到混合物；然后向混合物中依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，然后调节转速至650转/分，搅拌30分钟。得到均匀的混合物；待所有物质混合均匀后，再依次加入水、氨中和剂和增稠剂，石墨烯水分散液加入混合釜中在700转/分的搅拌速度下搅拌35分钟，并搅拌均匀，用氨中和剂对混合物的pH进行适当调节，控制混合物pH在7.5-8.5之间，最终得到石墨烯水性工业涂料成品。
表1传统水性工业涂料与石墨烯水性工业涂料性能检测
通过表1的传统水性工业涂料与石墨烯水性工业涂料性能检测结果相比较可知，在水性工业涂料中添加并有效分散石墨烯后，水性涂料的耐磨能力和硬度等物理性能得以显著提升，石墨烯工业涂料具有更大的附着力，更高的抗冲击能力和更好的柔韧性。在化学性能方面，石墨烯水性工业涂料得益于石墨烯的优异导电性而能够形成有效保护膜，更能够有效的减缓电化学腐蚀速度。因此，使用本发明的石墨烯水性工业涂料涂覆在仪器设备表面时，更能对仪器设备起到有效的保护作用，减缓仪器设备被氧化腐蚀的速度，增加仪器设备的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯水性工业涂料，其特征在于，按照重量成分包括以下物质：
所述乳液为聚乙烯乙酸乳液、丙烯酸酯苯乙烯改性的丙烯酸酯乳液、丁苯乳液、水性醇酸树脂、丙苯乳液、水性聚酯树脂中的任意一种或两种；所述氨中和剂为多功能胺助剂；所述消泡剂为矿物碳氢化合物类消泡剂和/或非离子型烷基共聚物消泡剂；所述润湿剂为烷基芳基聚醚、玻珀酸二异辛酯酸酸盐中的任意一种物质；所述流平剂为为聚二甲基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、氟改性丙烯酸酯中的任意一种；所述增稠剂为缔合型碱溶胀增稠剂和/或聚氨酯增稠剂。
2.一种制备权利要求1所述石墨烯水性工业涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将乳液、石墨烯水分散液加入混合釜中搅拌至混合均匀，得到混合物a；
(2)依次向步骤(1)中的混合物a中加入消泡剂、润湿剂、流平剂、色浆，继续搅拌至混合均匀，得到混合物b；
(3)缓慢向步骤(2)中的混合物b中加入水、氨中和剂和增稠剂，并搅拌均匀，得到石墨烯水性工业涂料成品c。
3.根据权利要求2所述的制备石墨烯水性工业涂料的方法，其特征在于，所述(1)步骤中，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min。
4.根据权利要求2所述的制备石墨烯水性工业涂料的方法，其特征在于，所述(2)步骤中，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min。
5.根据权利要求2所述的制备石墨烯水性工业涂料的方法，其特征在于，所述(3)步骤中搅拌时间为30-40min，搅拌转速为600-800转/min，pH控制在7.5-8.5之间。
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