CN106010142A - 一种双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料及其制备方法和使用方法。涂料的具体技术方案为：组分包括酚醛环氧树脂100重量份，E‑22环氧树脂50‑200重量份，石墨烯3‑5重量份，抗氧剂3‑10重量份，复合填料30‑50重量份，分散剂2‑5重量份，颜料0‑3重量份，复合固化剂10‑25重量份，溶剂100‑200重量份。本发明通过使用光引发剂实现快速固化、湿固化可以实现后期进一步的固化，实现初期固化快速，后期使用强度大，且通过填料的选择和配合实现高耐磨和高导电性，配合合适的制备方法，得到快速固化、使用强度高、高耐磨性和导电性综合性能的涂料。

Description

一种双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂涂料的技术领域，具体涉及一种以纳米碳材料为基础的双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的技术领域。
背景技术
耐磨涂料是一类功能涂料，其具有良好的耐磨性，在建筑地面、地坪涂刷、路标漆都有广泛的应用，其可以提高涂料的耐磨性、硬度和使用寿命。在实际使用中，有部分领域需要使用将设备电荷尽快排除，此时地面需要具有一定的导电性，将电荷尽快传导到地面，提高其综合性能。
环氧树脂是具有高强度、高耐磨强度的一种基体树脂，其广泛用于涂料中。对于其固化方式，通常是使用单一固化，在固化初期决情况决定了其最终的使用强度，通常涂刷后会需要长时间的固化，保障其最终使用强度。
现有技术中，需要一种具有可以快速固化、使用强度高、高耐磨性和导电性的环氧树脂涂料，其综合性能要求高。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，制备得到一种可以快速固化、使用强度高、高耐磨性和导电性的环氧树脂涂料，本发明通过使用光引发剂实现快速固化、湿固化可以实现后期进一步的固化，实现初期固化快速，后期使用强度大，且通过填料的选择和配合实现高耐磨和高导电性，配合合适的制备方法，得到耐磨性和导电性优异的涂料。
同时，本发明还提供了一种环氧树脂涂料的制备方法以及实际使用的方法。
为了解决上述问题的技术方案为：
双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的组分包括：酚醛环氧树脂100重量份，E-22环氧树脂50-200重量份，石墨烯3-5重量份，抗氧剂3-10重量份，复合填料30-50重量份，分散剂2-5重量份，颜料0-3重量份，复合固化剂10-25重量份，溶剂100-200重量份。
本发明作为基体树脂使用了两种不同性能的环氧树脂相互配合，酚醛环氧树脂具有较高的交联程度，其交联密度较常规环氧树脂高，强度高，具有更好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性能，而E22的柔韧性好，与酚醛环氧树脂形成一种“硬链段”和“软链段”的配合，可以有效的分散应力。酚醛环氧树脂与E51和E44类环氧树脂得到的效果相差很大，使用E51和E44的交联程度也较大，难以实现形成“硬链段”和“软链段”分散应力的效果。
所述石墨烯是采用经典的Hummer法制备氧化石墨烯、进一步通过还原得到的。其也可以通过其他常见的方式制备石墨烯。
所述复合填料优选为由氮化硅、碳纤维粉和碳纳米管按照2:5:2的重量比混合得到。所述复合填料与石墨烯配合使用可以实现良好的耐磨性和导电性。具体配合原则如下：
为了提高涂料的导电性，优选综合使用了碳纤维粉、碳纳米管和石墨烯。石墨烯是起到了导电的作用，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，难以满足高的电荷导出的要求，且成本很高。碳纤维粉作为一种成本相对较低的碳材料，其具有较长的纤维长度，较大量填充可以在基体树脂中，形成一种碳纤维网络结构，网络结构可以达到应力的快速分散，但碳纤维粉属于一种非结晶（结晶性很差）的材料，其导电性有待进一步提高。为了平衡石墨烯和碳纤维粉的特点，经过理论分析和实验确定创造性的选择了碳纳米管，碳纳米管属于一种结晶性十分优异的其可以实现碳纤维和石墨烯的连接，导电性会大幅提高。通过加入碳纳米管以及选择合适的用量，实现了“面-线-网”的充分连接，平衡了成本和导电性，也得到良好的应力分散。
作为优选技术方案，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。碳纳米管与石墨烯连接紧密，碳纳米管可以在石墨烯和碳纤维粉之间形成稳定的通路。为了减少氧化对碳纳米管结晶结构的影响，碳纳米管氧化程度不宜过高。
所述碳纤维粉的直径优选为5-10微米，长径比为5-8:1，其最长长度可以达到近80微米，形成的网络结构也一定程度分散了应力，提高了耐磨性能。
所述碳纳米管优选为锯齿形碳纳米管，粒径1-2nm，长度20-50μm。锯齿形碳纳米管提高了其与其他碳材料的接触稳定性，提高了总体的导电性能以及耐磨稳定性。
为了提高涂层的耐磨性，其利用了氮化硅颗粒，其作为一种常见的耐磨材料，但本发明中使用了碳纳米管和石墨烯，其耐磨性都是十分优异的。碳纤维粉在体系中提到了应力分散，减少了硬性摩擦。为了提高其不可避免的硬性摩擦情况，以氮化硅颗粒提高耐磨性，同时利用了各组分的粒径分布，达到了最佳效果，该效果已经经过长期的实验得到最佳的配比。
所述氮化硅的优选最佳粒径为10-50nm，不在该范围，难以与其他填料配合使用，难以实现良好的耐磨性能。
为了实现初期固化快速、后期使用强度大的固化效果，本发明综合使用了室温快速固化光引发剂和湿固化性能的缓慢固化。其室温快速固化光引发剂采用的为芳香族重氮盐，其可以在紫外光下快速引发，实现快速的初期固化，且强度较好；为了进一步提高最终使用强度，进一步采用酚醛改性酮亚胺，酚醛变形酮亚胺不仅具有潮湿和低温固化特性，而且带有酚醛骨架结构，在提高固化程度的情况下，还进一步提高了树脂固化的韧性、耐湿性和耐腐蚀性。
作为优选技术方案，所述复合固化剂为酚醛改性酮亚胺和芳香族重氮盐按照2:（3-8)的重量比混合。根据实际需要，可以控制前后期固化程度。如果光引发剂含量过高，前期交联程度过高，酚醛改性酮亚胺难以实现后期固化的效果；如果酚醛改性酮亚胺含量过高，前期固化程度较低，难以实现快速固化使用的效果。
所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂168或抗氧剂1076。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。
本发明还提供了纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的制备方法，步骤包括：
（1）称取各组分，并进行干燥除水处理；
（2）碳纳米管经过浓硫酸-浓硝酸混合液氧化，再经过偶联剂改性得到改性碳纳米管；改性碳纳米管与所述石墨烯进行预混合，充分干燥，得到混合物A；
（2）在无水避光条件下，酚醛环氧树脂、E-22环氧树脂、混合物A、氮化硅、分散剂和溶剂进行充分混合，进而加入复合固化剂、抗氧剂、颜料进行混合，出料，封装，即得纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料。
在该方法中，为了避免使用过程中，为了避免水和光对引发剂的影响，应当在避光避水的前提下进行制备。
本发明还提供了纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的使用方法，其特征在于：所述纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料涂覆在需要涂覆的墙体或地面，使用紫外线灯进行照射充分固化即可。
有益的技术效果：
本发明通过树脂种类的配合、填料种类和粒径选择、固化剂种类的选择和配合，最终实现了快速固化、使用强度高、高耐磨性和导电性综合性能的优异，满足于可实际使用的高要求。具体涉及，酚醛环氧树脂与E22作为软硬结合，分散应力好；石墨烯与碳纳米管和碳纤维粉配合使用，提高了导电性能；碳纳米管、氮化硅的配合使用提高了耐磨性。上述导电性和耐磨性还收到各组分比例的影响，不在本申请范围内的重量比难以满足要求。本发明另一重点在于固化体系的选择，采用芳香族重氮盐实现前期的快速固化，达到前期强度；酚醛改性酮亚胺作为湿固化，提高后期固化，双重固化综合提高了耐磨强度强度和最终使用耐磨强度很高。综合上述几点内容，最终实现了快速固化、使用强度高、高耐磨性和导电性综合性能。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只是用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例和对比例中未特殊说明的情况下，均使用如下制备方法，具体为：
纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的制备方法，步骤包括：
（1）称取各组分，并进行干燥除水处理；
（2）碳纳米管经过浓硫酸-浓硝酸混合液氧化，再经过偶联剂改性得到改性碳纳米管；改性碳纳米管与所述石墨烯进行预混合，充分干燥，得到混合物A；
（2）在无水避光条件下，酚醛环氧树脂、E-22环氧树脂、混合物A、氮化硅、分散剂和溶剂进行充分混合，进而加入复合固化剂、抗氧剂、颜料进行混合，出料，封装，即得纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料。
实施例和对比例中各组分的选择和用量参见下表（对比例10中碳纳米管未进行改性与石墨烯进行预先混合）：
由最佳实施例1与对比例的比较，可以发现树脂选择、填料组合（组分、用量、粒径）均对最终综合性能产生重要影响，改变一个组分或用量或参数均会对多个系能产生影响，各参数小范围浮动存在可预期性，当大范围调整难以预期其对众多性能影响。本发明的技术方案是较为最佳的一个技术方案组，其最终效果远优于现有市场销售产品的性能。

Claims (10)

1. 一种双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：组分包括：酚醛环氧树脂100重量份，E-22环氧树脂50-200重量份，石墨烯3-5重量份，抗氧剂3-10重量份，复合填料30-50重量份，分散剂2-5重量份，颜料0-3重量份，复合固化剂10-25重量份，溶剂100-200重量份。
2.如权利要求1所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述复合填料由氮化硅、碳纤维粉和碳纳米管按照2:5:2的重量比混合得到。
3.如权利要求2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述碳纤维粉的直径5-10微米，长径比为5-8:1。
4.如权利要求2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述氮化硅粒径为10-50nm，所述碳纳米管为锯齿形碳纳米管，粒径为1-2nm、长度为20-50μm。
5.如权利要求1或2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述复合固化剂为酚醛改性酮亚胺和芳香族重氮盐按照2:（3-8)的重量比混合。
6.如权利要求2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，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。
7. 如权利要求1或2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂168或抗氧剂1076的一种或几种混合。
8. 如权利要求1或2所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料，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、灰色颜料的一种或几种混合物。
9. 权利要求2-8任一项所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤包括：
（1）称取上述组分，并进行干燥除水处理；
（2）碳纳米管经过浓硫酸-浓硝酸混合液氧化，再经过偶联剂改性得到改性碳纳米管；改性碳纳米管与所述石墨烯进行预混合，充分干燥，得到混合物A；
（2）在无水避光条件下，酚醛环氧树脂、E-22环氧树脂、混合物A、氮化硅、分散剂和溶剂进行充分混合，进而加入复合固化剂、抗氧剂、颜料进行混合，出料，封装，即得纳米碳材料双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料。
10.权利要求1-8任一项所述双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料的使用方法，其特征在于：所述纳双重固化耐磨单组份环氧树脂涂料涂覆在需要涂覆的墙体或地面，使用紫外线灯进行照射充分固化即可。
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