CN106009984A - 一种石墨烯/丙烯酸导静电涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种石墨烯/丙烯酸导静电涂料及其制备方法，所述涂料包括：石墨烯、分散剂、丙烯酸树脂、助剂，其中，所述石墨烯与分散剂的质量比为20:1‑1:1，且所述石墨烯与丙烯酸树脂的质量比为1:20‑1:1000，以涂料的总重量计。本发明涂料具有优异导静电和耐盐雾性能，工艺简单，成本低廉。制备的石墨烯/丙烯酸导静电涂料可以应用到汽车防护底漆和面漆中。

Description

一种石墨烯/丙烯酸导静电涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体地说，本发明涉及一种石墨烯/丙烯酸导静电材料及其应用。
背景技术
导静电涂料是具有传导电流和排除积累静电荷能力的一种新型功能性涂料，涂膜后的表面电阻一般在108-1011Ωcm，已广泛应用于油罐存储、输油管道、汽车装饰和油罐车防护等领域。导静电涂料制备过程是将具有导静电功能的颜填料添加到树脂基体中，使复合涂层具有传输电荷功能。过去人们大多采用石墨，导电炭黑、复合导电云母，导电钛白粉和导电石英粉等为导电颜填料。石墨和导电炭黑虽然价格便宜，导电性能好，但是制备所得的涂料致密性不高，防腐性能不好；而导电云母，导电钛白粉、导电石英粉等一般是在云母，二氧化钛及石英粉表面包裹一层导电氧化锡等，在涂料研磨过程中，容易破坏其导电性能。
专利申请号为201310560777.9的专利申请文件中，公开了一种具有导静电并防腐性能好的复合涂层制备方法，主要是将混合金属氧化物为导静电填料，并向树脂基体中添加缓蚀剂和缓蚀剂载体，可以对金基体起到长效保护目的；CN103031039A公开一种碳纳米管复合环氧树脂导静电涂层技术方案，以碳纳米管为导静电体，环氧树脂为基体树脂，采用化学法和机械分散碳纳米管，达到防腐和导静电功能。这两种技术方案中导电颜填料与树脂基体额兼容性不好，在树脂内部容易形成多孔结构，其服役寿命大大缩短。
综上所述，本领域迫切需要研发出分散性好、兼容性好的导电材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯/丙烯酸导静电涂料、制备方法及其应用，本发明涂料具有良好的防腐蚀效果、导静电性能以及耐盐雾性能。
本发明第一方面，提供一种导静电涂料，所述涂料包括：石墨烯、分散剂、丙烯酸树脂、助剂，其中，所述石墨烯与分散剂的质量比为20:1-1:1，且所述石墨烯与丙烯酸树脂的质量比为1:20-1:1000(较佳地为1:40-1:600，较佳地为1：60-1:400)，以涂料的总重量计。
在另一优选例中，所述石墨烯：分散剂：丙烯酸树脂的质量比为0.8：0.2：50-0.8：0.2：80。
在另一优选例中，所述石墨烯在涂料中的固含量为0.1％-3wt％，较佳地为0.2-2.8wt％，更佳地为0.5-2.5wt％。
在另一优选例中，所述石墨烯的平均直径为20～50μm，较佳地为25-45μm，更佳地为30-40μm。
在另一优选例中，所述石墨烯选自下组：单层石墨烯、多层石墨烯、或其组合。
在另一优选例中，所述分散剂选自下组：苯甲醇、连苯三酚、曲拉通X-100、或其组合。
在另一优选例中，所述丙烯酸树脂为单组份室温自干涂料。
在另一优选例中，所述助剂选自下组：硅藻土、固化剂、流平剂、消泡剂、或其组合。
在另一优选例中，所述流平剂选自下组：BYK333、BYK348、BYK354、或其组合。
在另一优选例中，所述消泡剂选自下组：BYK088、BYK163、BYK085、或其组合。
本发明第二方面，提供一种制备如本发明第一方面所述涂料的方法，包括步骤：
(1)在有机溶剂中，将石墨烯浆料和分散剂混合，得到第一混合液；
(2)将所述第一混合液与丙烯酸树脂和涂料助剂混合，制得所述涂料。
在另一优选例中，所述步骤(1)中，所述混合在超声条件下进行。
在另一优选例中，所述步骤(1)中，所述有机溶剂选自下组：甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、乙醇、或其组合。
在另一优选例中，所述步骤(2)中，将所述第一混合液加入丙烯酸树脂中，再依次加入硅藻土、流平剂、硅烷偶联剂、消泡剂。
在另一优选例中，所述步骤(2)中，还包括在1500r/min条件下搅拌30min。
本发明第三方面，提供一种涂覆产品，所述涂覆制品包括：
(1)如本发明第一方面所述的涂料；和
(2)基材。
在另一优选例中，所述基材为金属或工程塑料。
本发明第四方面，提供一种如本发明第一方面所述的涂料的用途，所述涂料用于设备防腐和导静电。
在另一优选例中，所述设备选自汽车、墙面、电子器件。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1显示了石墨烯粉体和石墨烯-分散剂在丙酮中超声后的分散效果图。
图2显示了石墨烯/丙烯酸导静电涂料在PP板上喷涂后的效果示意图。
具体实施方式
本发明人通过广泛而深入的研究，首次意外地发现采用特定的分散剂，可以将石墨烯很好地分散在树脂基体(尤其是丙烯酸树脂)中，制得的涂料产品具有优良的导电性能、疏水性能和耐盐雾性能。在此基础上完成了本发明。
术语说明
除非另外定义，否则本文中所用的全部技术与科学术语均具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如本文所用，在提到具体列举的数值中使用时，术语“约”意指该值可以从列举的值变动不多于1％。例如，如本文所用，表述“约100”包括99和101和之间的全部值(例如，99.1、99.2、99.3、99.4等)。
如本文所用，术语“含有”或“包括(包含)”可以是开放式、半封闭式和封闭式的。换言之，所述术语也包括“基本上由…构成”、或“由…构成”。
如本文所用，GB/T 16906为涂层电阻率测试方法。
如本文所用，GB/T 1720为涂层附着力性能划圈法测试方法。
如本文所用，GB/T 1771为涂层耐盐雾试验测试方法。
涂料产品
本发明提供一种导静电涂料，所述涂料包括：石墨烯、分散剂、丙烯酸树脂、助剂，其中，所述石墨烯与分散剂的质量比为20:1-1:1，且所述石墨烯与丙烯酸树脂的质量比为1:20-1:1000(较佳地为1:40-1:600，较佳地为1：60-1:400)，以涂料的总重量计。
在另一优选例中，所述石墨烯：分散剂：丙烯酸树脂的质量比为0.8：0.2：50-0.8：0.2：80。
在另一优选例中，所述石墨烯在涂料中的固含量为0.1％-3wt％，较佳地为0.2-2.8wt％，更佳地为0.5-2.5wt％。
在另一优选例中，所述石墨烯的平均直径为20～50μm，较佳地为25-45μm，更佳地为30-40μm。
在另一优选例中，所述石墨烯选自下组：单层石墨烯、多层石墨烯、或其组合。
在另一优选例中，所述分散剂选自下组：苯甲醇、连苯三酚、曲拉通X-100、或其组合。
在另一优选例中，所述丙烯酸树脂为单组份室温自干涂料。
在另一优选例中，所述助剂选自下组：硅藻土、固化剂、流平剂、消泡剂、或其组合。
在另一优选例中，所述流平剂选自下组：BYK333、BYK348、BYK354、或其组合。
在另一优选例中，所述消泡剂选自下组：BYK088、BYK163、BYK085、或其组合。
制备方法
本发明提供一种制备如本发明第一方面所述涂料的方法，包括步骤：
(1)在有机溶剂中，将石墨烯浆料和分散剂混合，得到第一混合液；
(2)将所述第一混合液与丙烯酸树脂和涂料助剂混合，制得所述涂料。
在另一优选例中，所述步骤(1)中，所述混合在超声条件下进行。
在另一优选例中，所述步骤(1)中，所述有机溶剂选自下组：甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、乙醇、或其组合。
在另一优选例中，所述步骤(2)中，将所述第一混合液加入丙烯酸树脂中，再依次加入硅藻土、流平剂、硅烷偶联剂、消泡剂。
在另一优选例中，所述步骤(2)中，还包括在1500r/min条件下搅拌30min。
本发明的主要优点在于：
(1)本发明的涂料产品将石墨烯、丙烯酸树脂的优异性能结合起来，发挥其协同效应，在提高导电性能的同时，也提高其耐盐雾性能。
(2)本发明的涂料产品中，石墨烯导电填料的添加量少，含1wt％的石墨烯就可以将丙烯酸涂料的表面电阻下降到1MΩcm以内。
(3)本发明的涂料产品具有优良的致密性，固化成膜后具有优良的耐盐雾性能和导电性能。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。
材料和方法
如本文所述实施例中所使用的原料如表1所示：
表1实施例中原料列表
将0.02g连苯三酚和2.0g石墨烯浆料分散在0.6L丙酮中，超声1小时。
然后取2.0g石墨烯浆料直接加到丙酮溶液中，静置2小时后的对比分散效果见图1。图1说明连苯三酚对石墨烯有良好的分散效果。
实施例1-涂料1
将0.01g苯甲醇、0.01g连苯三酚和2.0g石墨烯浆料分散在0.6L丙酮中，超声1小时。将所得分散浆料添加至50g丙烯酸树脂中，然后依次加入20mL二甲苯、0.1g BYK348、0.1g BYK085、0.3g硅藻土，1500r/min搅拌30min，即可得到涂料1。将涂料1喷涂到PP板上其综合物理性能和表面形貌见图2。
结果：
按照GB/T 16906、GB/T 1720、GB/T 1771进行检验，结果如下表1所示，涂料1的表面电阻率、耐盐雾性能、附着力性能全部符合要求。
实施例2-涂料2
将0.01g曲拉通X-100、0.01g连苯三酚、4.0g石墨烯浆料分散在1.0L丙酮中，超声分散1小时。将所得分散浆料添加至70g丙烯酸树脂中，然后依次加入28mL二甲苯、0.2gBYK351、0.1g BYK085，0.5g硅藻土，1500r/min搅拌30min，即可得到涂料2。
结果：
按照GB/T 16906、GB/T 1720、GB/T 1771进行检验，结果如下表1所示，涂料2的表面电阻率、耐盐雾性能、附着力性能全部符合要求。
实施例3-涂料3
将0.01g曲拉通X-100、0.01g连苯三酚、2.0g石墨烯浆料分散在0.6L丙酮中，超声分散1小时。将所得分散浆料添加至60g丙烯酸树脂中，然后依次加入15mL二甲苯和10mL无水乙醇、0.1g流平剂(BYK348)、0.1g消泡剂(BYK085)、0.3g硅藻土，1500r/min搅拌30min，即可得到涂料3。
结果：
按照GB/T 16906、GB/T 1720、GB/T 1771进行检验，结果如下表1所示，涂料3的表面电阻率、耐盐雾性能、附着力性能全部符合要求。
实施例4-涂料4
将0.01g曲拉通X100、0.01g苯胺四聚体以及1.0g石墨烯浆料分散在1.2L丙酮中，超声分散1小时。将所得分散浆料添加至100g丙烯酸树脂中，然后依次加入25mL二甲苯和20mL无水乙醇、0.2g流平剂(BYK371)、0.8g硅藻土，1500r/min搅拌30min，即可得到涂料4.
结果：
按照GB/T 16906、GB/T 1720、GB/T 1771进行检验，结果如下表1所示，涂料4的表面电阻率、耐盐雾性能、附着力性能全部符合要求。
表1涂料1-4的物理性能
表面电阻率(×105)/(Ωcm) 附着力等级(划圈法) 耐盐雾性能(h)
涂料1 2.6 0 400
涂料2 1.3 0 450
涂料3 2.1 0 400
涂料4 2.5 0 420
对比例1-涂料C1
同实施例1，不同之处在于，不添加石墨烯浆料及石墨烯分散剂，得到纯丙烯酸涂料C1。
对比例2-涂料C2
同实施例1，不同之处在于，不添加石墨烯分散剂，得到涂料C2。
涂料1、C1、C2的物理性能指标列于下表2。
表2涂料1和涂料C1的性能指标
表面电阻率(×105)/(Ωcm) 附着力等级(划圈法) 耐盐雾性能(h)
涂料C1 ＞1000 0 350
涂料C2 56.8 0 400
涂料1 2.6 0 400
由表2可以看出，本发明的经分散的石墨烯/丙烯酸树脂导电性能远远优于无分散剂的涂料，并且耐盐雾性能优良。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种导静电涂料，其特征在于，所述涂料包括：石墨烯、分散剂、丙烯酸树脂、助剂，其中，所述石墨烯与分散剂的质量比为20:1-1:1，且所述石墨烯与丙烯酸树脂的质量比为1:20-1:1000，以涂料的总重量计。
2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述石墨烯在涂料中的固含量为0.1％-3wt％。
3.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述石墨烯的平均直径为20～50μm。
4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述石墨烯选自下组：单层石墨烯、多层石墨烯、或其组合。
5.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述分散剂选自下组：苯甲醇、连苯三酚、曲拉通X-100、或其组合。
6.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述丙烯酸树脂为单组份室温自干涂料。
7.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述助剂选自下组：硅藻土、固化剂、流平剂、消泡剂、或其组合。
8.一种制备如权利要求1所述涂料的方法，包括步骤：
(1)在有机溶剂中，将石墨烯浆料和分散剂混合，得到第一混合液；
(2)将所述第一混合液与丙烯酸树脂和涂料助剂混合，制得所述涂料。
9.一种涂覆产品，其特征在于，所述涂覆制品包括：
(1)如权利要求1所述的涂料；和
(2)基材。
10.一种如权利要求1所述的涂料的用途，其特征在于，所述涂料用于设备防腐和导静电。
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