CN107987681A - 一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其具有优异的附着力、耐磨性和硬度,抗静电性能优异,具体方案为:包括双酚A环氧树脂100重量份,萘基环氧树脂30‑50重量份,活性稀释剂10‑60重量份,复合碳抗静电剂1‑5重量份,分散剂0.1‑5重量份,偶联剂0.5‑5重量份,着色剂0‑5重量份,紫外吸收剂0‑5重量份,固化剂10‑25重量份,所述抗静电剂包括石墨烯、碳纳米管和硅烷偶联剂;通过上述方案达到了优异的附着力、耐磨性、硬度和抗静电性能的涂料,还进一步提供了制备方法以及应用的方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂涂料领域,具体涉及一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料领域,同时还涉及具体的制备方法和应用。
背景技术
环氧树脂是高分子树脂中使用十分广泛的一种树脂,环氧树脂涂料在实际使用中十分的广泛,是一种高强度、耐磨损、美观的树脂涂料,由一种进口环氧树脂,固化剂等辅助材料调配而成环氧树脂地板涂料,它制作的环氧树脂地板具有无接缝、质地坚实、耐药品性佳、防腐、防尘、保养方便、维护费用低廉等优点。环氧树脂涂料具有上述优异特性的同时,缺点也较为明显,由于环氧树脂含有芳环结构,易发生黄变,通常都是作为底漆或者避光处使用。
在实际工业生产或者危险品运输过程中,金属体中电荷积累问题是影响安全的重要新区,如何使电荷快速导出是重要的性能改进方向。在金属保护中主要用防腐涂料,而高分子涂料通常不导电,会导致或者加入金属中表面电荷得积累。因此,得到一种可以导出电荷且兼具防腐性能的涂料是亟待解决的问题。
为了解决涂料抗静电性并且平衡涂料附着力等基本性能,发明人进行了大量的研究,得到本发明的技术方案。
发明内容
发明目的:为了解决上述的问题,本发明通过选择一种特殊设计的抗静电剂,得到一种可以将电荷快速导出的涂料,避免了电荷的积累同时,本发明通过对环氧树脂和固化剂自己其他助剂的选择,得到一种附着力强、柔韧性能佳的涂料。
本发明的另一目的是提供一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料的制备方法以及应用。
为了达到上述技术效果的技术方案如下:
发明概述
一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,包括双酚A环氧树脂100重量份,萘基环氧树脂30-50重量份,活性稀释剂10-60重量份,复合碳抗静电剂1-5重量份,分散剂0.1-5重量份,偶联剂0.5-5重量份,着色剂0-5重量份,紫外吸收剂0-5重量份,固化剂10-25重量份。
作为优选技术方案,所述抗静电剂包括石墨烯、碳纳米管和硅烷偶联剂。
作为抗静电剂的进一步优选技术方案,其中1-3重量份的氧化石墨烯、16-18重量份的酸化碳纳米管、1重量份硅烷偶联剂和乙醇/水混合溶剂混合均匀,在200℃下真空干燥12小时以上,即可。
作为固化剂的优选技术方案,所述固化剂为10-15重量份的酮亚胺和0-10重量份的DMP—30。
作为着色剂的优选技术方案,所述着色剂为炭黑,优选用量为1-5重量份。
作为优选技术方案,选择柔性活性稀释剂,所述环氧稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。
作为抗静电剂中组成的优选技术方案,所述石墨烯优选尺寸为0.5-2微米,所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管。
对于其他助剂种类的选择,无其他限制,优选所述润湿分散剂为GSK-504分散剂,所述偶联剂为KH560,所述紫外吸收剂为光稳定剂GW-540。
制备石墨烯基抗静电环氧树脂涂料的方法,具体为将复合碳抗静电剂和偶联剂混合均匀,加入1/2量的活性稀释剂,进而加入分散剂、着色剂和紫外吸收剂混合均匀得到混合液A;
将双酚A环氧树脂、萘基环氧树脂和1/2量的活性稀释剂混合均匀,得到混合液B;
将混合液A、混合液B和固化剂混合均匀,得到石墨烯基抗静电环氧树脂涂料。
所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料在金属保护中的应用,优选为金属车体、金属油管、金属管道、金属化工设备中的应用。
发明详述
为了使技术人员更加详细、更加深入的了解本发明中的技术方案,下面分别介绍了技术方案的原理以及作用。具体内容如下:
环氧树脂涂料组成
本发明要求保护的是一类石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,由于含有芳香基团的环氧树脂在耐黄变性能方面性能较差通常是作为底漆或者光照较少的方面使用,具体组成为:包括双酚A环氧树脂100重量份,萘基环氧树脂30-50重量份,活性稀释剂10-60重量份,复合碳抗静电剂1-5重量份,分散剂0.1-5重量份,偶联剂0.5-5重量份,着色剂0-5重量份,紫外吸收剂0-5重量份,固化剂10-25重量份。
双酚A环氧树脂作为使用最为广泛的树脂其基本性能十分优异,本发明采用双酚A环氧树脂作为基体树脂,为了提高涂料的耐磨性自身的内部强度,选择了一种萘基环氧树脂,其具有更大的芳基,同时该具有大共轭结构的环氧树脂,其从基体树脂角度提高了电荷导出能力,但加入量也不宜过大,加入量过大会影响柔韧性。本发明中所有的萘基环氧树脂没有特别的限制,实际制备的采用的萘基环氧树脂是按照期刊(“含萘环环氧树脂的制备及其热性能研究”,程捷等,福建林学院学报,2001,31(3):281-284)中的最佳条件制备得到的。
本发明采用了活性稀释剂,避免了使用常规溶剂,活性稀释剂是可以发生固化的,可以有效的减少涂料形成的气孔等。由于在管道或者大型设备中,会存在较大的弧度,为了保证柔韧性,活性稀释剂选择具有柔性链的种类。
复合碳抗静电剂是一种特殊设计的抗静电剂,其具有明确的稳定连接的线面碳材料,提高了电荷导出能力。为了提高电荷导出性能可以进一步加入纳米级导电微粒,弥补线面连接的缺陷点。也可以通过其他助剂选择弥补上述的缺陷。
对于固化剂的选择,由于本发明涉及为单组分型涂料,故选择了潜伏性固化剂,也可以进一步选择加入固化促进剂提高固化速率。
抗静电剂的选择
如前述部分,本发明主要的结构设计为采用石墨烯和碳纳米管作为主体碳材料,其分别具有片状结构和线状结构,实现了“线—面”结构,为了提高稳定性,采用偶联剂提高了碳材料之间的交联。
本领域知晓碳材料具有较大的反应惰性,本发明分别采用氧化石墨烯和酸性碳纳米管作为前提,分散于偶联剂的溶剂中,实现了均匀分散。由于石墨烯和碳纳米管中含有的含氧基团和酸性基团影响电荷的导出,本发明在200℃下真空干燥12小时以上,使所有基团脱离。
由于石墨烯价格高,比表面积大,各组分选择为:1-3重量份的氧化石墨烯、16-18重量份的酸化碳纳米管、1重量份硅烷偶联剂和乙醇/水混合溶剂混合。
作为原料选择,所述石墨烯优选尺寸为0.5-2微米,尺寸要求不宜过大,过大会导致涂料的附着力大幅度下降,如果过小,线面连接的几率降低同时,所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管,其含有内层碳纳米管和外层碳纳米管,与涂层聚合物直接相连的碳纳米管易受到影响,影响电荷的导出;内层碳纳米管基本不受到影响,因此优选采用多壁碳纳米管,不优选单壁碳纳米管。
作为抗静电剂的补充,本发明中着色剂为炭黑,优选用量为1-5重量份,其加入一方面是赋予颜色,另一方面是以点状弥补线面连接的稳定性,这一点现有技术还没有相关的研究。
其他组分的选择
作为固化剂的选择,没有明确的要求,作为优选,采用潜伏性固化剂,同时,为了实现使用后的快速固化,所述固化剂为10-15重量份的酮亚胺和0-10重量份的DMP-30,优选含有1-10份的DMP-30。
作为活性稀释剂的优选,选择柔性活性稀释剂,常见的不含有芳环的活性稀释剂都可以选择,所述环氧稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。
对于其他助剂种类的选择,无其他限制,优选所述润湿分散剂为GSK-504分散剂,所述偶联剂为KH560,所述紫外吸收剂为光稳定剂GW-540,这些组分配合起来效果较好。
制备方法和应用
本发明的制备方法没有特殊选择,具体方法参见发明概览部分
而对于应用,其可以广泛应用于金属表面的涂装,优选用于避免电荷积累的场合,具体应用为金属车体、金属油管、金属管道、金属化工设备。
有益的技术效果
本发明主要是针对需要避免电荷积累的金属表面的涂装使用,环氧树脂作为基体树脂,其采用双酚A环氧树脂和萘基环氧树脂的配合,得到具有较大强度的基体,而为了平衡涂层的附着力和曲面使用,优选采用柔性的活性稀释剂;抗静电剂的选择是本发明的另一发明点所在,其采用石墨烯与碳纳米管配合实现线面连接,同时可以配合炭黑的微颗粒进一步提高电荷导出能力。通过上述结构设计,得到具有优异附着力、硬度、耐磨性和抗静电特性的石墨烯基的环氧树脂涂料。
具体实施方式
为了使技术人员更加直观的了解本发明的技术方案,下面选择几个典型实施例进行介绍,这些实施例不构成对本发明保护范围的限制,今后任何不背离本发明基本构思的实施方案都在本发明保护范围内。
【制备例部分】
抗静电剂1:将重量比2:15:1重量份的氧化石墨烯(1.5μm):酸化多壁碳纳米管(直径25nm、长1μm左右):硅烷偶联剂KH560加入乙醇/水(1:1)的溶剂中混合均匀,在200℃下真空干燥24小时即得产品。
抗静电剂2:将重量比2:15:1重量份的石墨烯(1.5μm):多壁碳纳米管(直径25nm、长1μm左右):硅烷偶联剂KH560加入乙醇/水(1:1)的溶剂中混合均匀,在200℃下真空干燥24小时即得产品。
抗静电剂3:将重量比2:15:1重量份的石墨烯(1.5μm):单壁碳纳米管(直径2nm、长1μm左右):硅烷偶联剂KH560加入乙醇/水(1:1)的溶剂中混合均匀,在200℃下真空干燥24小时即得产品。
抗静电剂4:将重量比17:1重量份的酸化多壁碳纳米管(直径25nm、长1μm左右):硅烷偶联剂KH560加入乙醇/水(1:1)的溶剂中混合均匀,在200℃下真空干燥24小时即得产品。
抗静电剂5:将重量比17:1重量份的氧化石墨烯(1.5μm):硅烷偶联剂KH560加入乙醇/水(1:1)的溶剂中混合均匀,在200℃下真空干燥24小时即得产品。
【实施例部分】
实施例1
将4重量份的复合碳抗静电剂1和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
实施例2
将4重量份的复合碳抗静电剂2和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
实施例3
将4重量份的复合碳抗静电剂3和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
对比例1
将4重量份的复合碳抗静电剂4和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
对比例2
将4重量份的复合碳抗静电剂5和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
实施例4
将4重量份的复合碳抗静电剂1和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
对比例3
将4重量份的复合碳抗静电剂1和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将140重量份的双酚A环氧树脂和20重量份的聚丙二醇二缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
对比例4
将4重量份的复合碳抗静电剂1和1重量份偶联剂KH560混合均匀,加入20重量份的正丁基缩水甘油醚,进而加入0.5重量份GSK-504分散剂、1重量份炭黑和1重量份的光稳定剂GW-540混合均匀得到混合液A;将100重量份的双酚A环氧树脂、40重量份的萘基环氧树脂和20重量份的正丁基缩水甘油醚混合均匀,得到混合液B;将上述混合液A、混合液B、12重量份的酮亚胺和3重量份的DMP-30混合均匀,即得。
【性能测试方法】
1.耐磨性测试
耐磨性采用ISO7784-2-1997进行测试,测试条件1000g、转速500r。
2.附着力测试
附着力采用GB/T9286-1998进行测试,其中0-5级,0级最好,5级最差。
3.涂层硬度测试
涂层硬度采用GB/T 6739-2006进行测试。
4.电阻率测试
电阻率采用GB/T 16906-1997进行测试。
测试结果如下:
耐磨性/g | 附着力 | 硬度 | 电阻率/(Ω·m) | |
实施例1 | 0.018 | 0 | 5H | 2.1*105 |
实施例2 | 0.025 | 0 | 5H | 2.7*105 |
实施例3 | 0.021 | 0 | 4H | 2.9*105 |
对比例1 | 0.031 | 0 | 4H | 5.7*105 |
对比例2 | 0.045 | 3 | 2H | 1.2*106 |
实施例4 | 0.027 | 0 | 5H | 3.2*105 |
对比例3 | 0.047 | 0 | 2H | 2.9*105 |
对比例4 | 0.015 | 3 | 6H | 1.9*105 |
基于上述实验测试结果可以发现,本发明的技术方案可以实现具有良好的附着力、耐磨性和硬度,同时,电阻率很低,实现了良好的抗静电特性,可以满足实际金属表面的涂装使用。
具体来看,本发明中石墨烯和碳纳米管复合的抗静电剂的选择对电阻率十分重要,当使用单一种类时,效果明显下降;同时炭黑作为着色剂加入使可以促进电阻率的降低;仅使用石墨烯以及不使用柔性的活性稀释剂,得到的涂抹附着力很差;不使用萘基环氧树脂的耐磨性和硬度明显的变差。这证明本发明中综合性能的优异是源自多组分选择和配合得到的。
Claims (10)
1.一种石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:包括双酚A环氧树脂100重量份,萘基环氧树脂30-50重量份,活性稀释剂10-60重量份,复合碳抗静电剂1-5重量份,分散剂0.1-5重量份,偶联剂0.5-5重量份,着色剂0-5重量份,紫外吸收剂0-5重量份,固化剂10-25重量份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:所述抗静电剂包括石墨烯、碳纳米管和硅烷偶联剂。
3.根据权利要求2所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:将1-3重量份的氧化石墨烯、16-18重量份的酸化碳纳米管、1重量份硅烷偶联剂和乙醇/水混合溶剂混合均匀,在200℃下真空干燥12小时以上,即可。
4.根据权利要求1所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:固化剂为10-15重量份的酮亚胺和0-10重量份的DMP-30。
5.根据权利要求1所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:所述着色剂为炭黑,优选用量为1-5重量份。
6.根据权利要求1所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:所述环氧稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。
7.根据权利要求2所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:所述石墨烯优选尺寸为0.5-2微米,所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料,其特征在于:所述润湿分散剂为GSK-504分散剂,所述偶联剂为KH560,所述紫外吸收剂为光稳定剂GW-540。
9.制备权利要求1-8任一所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料的方法,其特征在于:将复合碳抗静电剂和偶联剂混合均匀,加入1/2量的活性稀释剂,进而加入分散剂、着色剂和紫外吸收剂混合均匀得到混合液A;将双酚A环氧树脂、萘基环氧树脂和1/2量的活性稀释剂混合均匀,得到混合液B;将混合液A、混合液B和固化剂混合均匀,得到石墨烯基抗静电环氧树脂涂料。
10.权利要求1-8任一所述的石墨烯基抗静电环氧树脂涂料在金属保护中的应用。
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