CN106010126A - 一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料 - Google Patents

一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，该涂料由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比2‑5:1；A组分包括：混合环氧树脂100重量份，石墨烯3‑5重量份，抗氧剂3‑10重量份，填料30‑50重量份，分散剂2‑5重量份，颜料1‑3重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物20‑30重量份，氧化石墨烯5‑10重量份，多功能环氧固化剂 15‑25重量份。该涂料固化产物具有优异的抗静电、耐磨、导热性，综合性能优异，优于现有技术同类产品。

Description

一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料
技术领域：
本发明涉及一种环氧树脂涂料，具体涉及一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料。
背景技术：
抗静电耐磨环氧树脂涂料是现有技术一种较为常用的涂料种类，其广泛应用于户内外水泥地坪上，用作抗静电耐磨面漆，其具有漆膜坚硬、耐候性好，附着力好和耐磨性好的优点。同时，抗静电涂料是具有导电和排除积累静电荷能力的功能性涂料，抗静电涂料也已被广泛应用于电子、电器、航空、化工、印刷等多种工业领域。
目前需要有抗静电要求的墙面和地面的场所应用逐步增多，传统的抗静电涂料具有良好的抗静电性能，但是其性能易受诸多因素的影响，其耐高温性、耐磨性和抗冲击性难以满足实际使用的高要求。这就期待有一种兼具抗静电、耐磨、耐高温、抗冲击性能的抗静电涂料。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，该涂料利用了诸多新型碳材料及改性工艺，得到了具有优异抗静电、耐磨、耐高温、抗冲击性能的抗静电涂料。
本发明提供的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比2-5:1；A组分包括：混合环氧树脂100重量份，石墨烯3-5重量份，抗氧剂3-10重量份，填料30-50重量份，分散剂2-5重量份，颜料0-3重量份；B组分包括：端羟基聚氨酯低聚物20-30重量份，氧化石墨烯5-10重量份，多功能环氧固化剂 15-25重量份。
所述氧化石墨烯是通过Hummers法制备得到。
所述填料由钛白粉、氧化锌和碳纳米管按照1:1:2的重量比混合得到。所述碳纳米管经过浓硫酸-浓硝酸混合液氧化后，经过偶联剂改性得到。所述氧化锌和钛白粉是未经改性、纳米级的氧化锌和钛白粉。
填料的选择原则：在本发明的涂料中，石墨烯是起到了主抗静电剂的作用，由于其片层结构以及难以实现高填充量问题，仅仅使用石墨烯电荷导出性能不足，难以满足高抗静电性的要求，且成本很高。碳纳米管作为另一种二维纳米碳材料，本身具有优异的导电性能，其加入涂料中，与石墨烯形成新型的“线-面”连接体，提高了电荷导出能力。
碳纳米管采用氧化、偶联剂改性，提高了其分散性能，偶联剂的使用也使“线-面”连接更加稳定，进一步提高其导电性能。钛白粉和氧化锌可以提高体系耐磨性能，纳米级的经过充分机械分散，耐磨性能优异，且钛白粉和氧化锌使用纳米级，可以降低紫外线对涂料性能的损伤。钛白粉和氧化锌并未使用偶联剂进行处理，减少了钛白粉和氧化锌影响“线-面”连接体的机率，避免了电荷无法顺利导出到涂料一侧的情况，变相提高了电荷导出能力。基于避免其他填料对“线-面”连接体电荷导出能力的影响，故填料以钛白粉、氧化锌和碳纳米管按照1:1:2的特殊、最佳的重量比进行复配。
填料种类的选择、改性方式的选择和特定用量的复配使涂料的抗静电性能、耐磨性和抗紫外性能达到最佳，超越了现有技术诸多的抗静电耐磨涂料的性能。
所述混合环氧树脂为E-20和E-55环氧树脂的混合物，E-20的环氧值约为0.18-0.22，E-44的环氧值约为0.44，同样质量的环氧树脂重含有的环氧基团数量不同，本发明选择了环氧值差异很大的环氧树脂，目的在于在固化过程中，形成具有不同交联程度的网络结构，其结构类似水凝胶中的“互穿网络”结构，可以有效的分散应力，这点在涂料领域鲜有提及和应用的。
本发明B组分为一个复合固化体系，优选为由端羟基聚氨酯低聚物、氧化石墨烯，和多功能环氧固化剂T-99组成，端羟基聚氨酯低聚物、氧化石墨烯以其含有的羟基作为反应基团与环氧树脂进行交联，端羟基聚氨酯低聚物具有柔性的聚氨酯结构，其提高了体系的柔韧性；氧化石墨烯是采用经典的改性的Hummers方法制备得到，含有羟基和羧基，作为交联剂使用，其还保留了部分类苯环的大π键结构，具有导电和导热的性能；同时，当涂料面临温度很高时，氧化石墨烯表面脱氧，变为石墨烯，体系导电性、导热性和耐热性都进一步提高。T-99固化剂属改性胺类固化剂，与环氧树脂和其他固化剂相容性良好，固体物柔韧性极好，具有增韧、稀释、延长适用期、改性其他固化剂等多种功能，破解了胺类固化剂固化环氧树脂的脆性难题，对涂层柔韧性的提高做出了贡献。
上述三种固化剂种类的选择兼顾了诸多性能，实现了一组分多性能提高，多分组综合性能优异，达到有互利无拮抗效应，这个在本领域也未见报道。
所述颜料为红色颜料、黑色颜料、蓝色颜料、绿色颜料或灰色颜料及其混合物。所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂168或抗氧剂1076。
最优选石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料组成为：涂料由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比3:1；A组分包括：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分包括：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。
技术效果：本发明是考量诸多要素组合性能的具有优异综合性能，在现有技术中未见有类似报道。本发明使用具有优异导热、导热和力学性能的石墨烯作为主抗静电剂，并结合偶联剂改性过的碳纳米管作为连接体，使石墨烯和碳纳米管之间形成稳定的“线-面”连接体，抗静电性能大幅提升，而钛白粉和氧化锌作为耐磨剂，不但提高了耐磨性，还提高了耐紫外性能，不对其进行改性的选择是不对“线-面”的稳定连接产生影响。另一个发明点在于；不同环氧值得环氧树脂交联形成互穿网络，且使用复合固化体系，提高了涂料固化后的柔韧性，固化体系中的氧化石墨烯在高温下还可以失去氧，提高导热性、耐热性和抗静电效果。上述诸多性能的同时选择，大幅提高了涂料的综合性能。
具体实施方式
实施例1：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
实施例2：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 50重量份，E-44 50重量份，石墨烯5重量份，抗氧剂1010 6重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂2重量份，颜料3重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物20重量份，氧化石墨烯6重量份，多功能环氧固化剂T-99 18重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照4:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例1：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 100重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例2：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-44 100重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例3：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，未经改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例4：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，偶联剂改性的钛白粉10重量份，偶联剂改性的氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例5：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉15重量份，氧化锌15重量份，偶联剂改性的碳纳米管10重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例6：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物45重量份，氧化石墨烯7重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例7：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：端羟基聚氨酯低聚物32重量份多功能环氧固化剂T-99 20重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对比例8：
石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料由A组分和B组分组成，A组分：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；B组分：氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 45重量份。A组分和B组分分别混合均匀，使用时，两者按照3:1的重量比混合均匀，即可使用。
对本发明实施例1-2和对比例1-8的涂料进行性能检测，检测结果如下：
上述实验数据表明，本发明实施例1-2的实验数据综合性能明显优于对比例1-8，也优于现有技术同类产品的性能，这源自在组分、用量、改性方式等综合考量、选择，并非独立起到作用，是现有技术没有报道的。

Claims (10)

1.一种石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比2-5:1；
A组分包括：混合环氧树脂100重量份，石墨烯3-5重量份，抗氧剂3-10重量份，填料30-50重量份，分散剂2-5重量份，颜料0-3重量份；
B组分包括：端羟基聚氨酯低聚物20-30重量份，氧化石墨烯5-10重量份，多功能环氧固化剂 15-25重量份。
2.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：A组分和B组分的重量比为3:1。
3.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述氧化石墨烯是通过Hummers法制备得到。
4.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述填料由钛白粉、氧化锌和碳纳米管按照1:1:2的重量比混合得到。
5.如权利要求4所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述碳纳米管经过浓硫酸-浓硝酸混合液氧化后，再经过偶联剂改性得到，所述氧化锌和钛白粉是未经改性的。
6.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂168或抗氧剂1076。
7.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述混合环氧树脂为E-20和E-55环氧树脂的混合物。
8.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述颜料为红色颜料、黑色颜料、蓝色颜料、绿色颜料、灰色颜料或其混合物。
9.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述多功能环氧固化剂为固化剂T-99。
10.如权利要求1所述的石墨烯基抗静电耐磨双组份环氧树脂涂料，其特征在于：由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比3:1；
A组分包括：E-22 40重量份，E-44 60重量份，石墨烯4重量份，抗氧剂1010 7重量份，钛白粉10重量份，氧化锌10重量份，偶联剂改性的碳纳米管20重量份，分散剂3重量份，颜料2重量份；
B组分包括：端羟基聚氨酯低聚物25重量份，氧化石墨烯7重量份，多功能环氧固化剂T-99 20重量份。
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