CN108219655B - 纳米耐磨石墨烯水晶涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及纳米耐磨石墨烯水晶涂层，按重量份数计，包括以下原料：聚氨酯树脂10‑35份、石墨烯树脂20‑40份、单体15‑30份、添加剂0.2‑2份和光引发剂5‑10份。将本发明的涂料组合物应用于电子设备，通过一次性涂覆形成高硬度涂层膜，并且颜料的分散性较好，即使在涂层的厚度低于8μm时，表面硬度仍高于3H。在丙烯酸‑聚碳酸酯材料的表面涂覆后，能够展现出优异的玻璃质感，因此，可以作为手机、笔记本电脑、数码相机、摄影机、音响等移动电子设备的表面保护涂层材料。

Description

纳米耐磨石墨烯水晶涂层
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及纳米耐磨石墨烯水晶涂层。
背景技术
进入2000年以来，纳米技术受到人们广泛关注，同时，关于有机/无极混合纳米材料的研究更为活跃。有机高分子材料具有质轻、柔软有韧性和成膜性良好等优点，而石墨烯或硅石等无机材料具有耐热、弹性好、表面硬度高、透明度好等优点。
通过纳米结构控制技术，根据需要将具有特定功能的材料结合，得到本申请中有机材料与石墨烯复合的涂料组合物。本发明的涂料组合物可应用于电子、信息通信、生物、能量、环境、燃料、医疗、航空航天等各个领域。但目前有机材料与石墨烯复合的应用范围较窄，实际应用与理论研究存在很大的差距，尤其是在纳米涂料技术领域，因此，急需一种对微纳米组织的结构进行观察和对特性进行分析的控制技术。
就纳米石墨烯与有机材料的复合体而言，有机高分子与纳米级的石墨烯板构成复合体，很难利用常规的手段对实现对细微结构的观察，从而导致难以掌握涂覆材料的分散性以及与器材之间的界面特性，因此难以实现通过控物性控制而满足多种需求，即便存在某些优势，在实际应用中也受到了很多制约。
此外，手机和生活家电表面处理产业已有十年的历史，例如SUMSUNG、LG、Sony等也都使用表面涂覆材料，但其TPU、Acryl等RCA磨损实验(荷重500g)均为3000cycle以下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供纳米耐磨石墨烯水晶涂层，本发明的涂料组合物应用于电子设备器件，具有优异的玻璃质感以及较高的硬度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：纳米耐磨石墨烯水晶涂层，按重量份数计，由以下原料组成：聚氨酯树脂10-35份、石墨烯树脂20-40份、单体15-30份、添加剂0.2-2份和光引发剂5-10份。
在上述方案的基础上，本发明还可以做以下改进。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，所述聚氨酯树脂包括35-45重量份的多元醇和15-25重量份异氰酸酯类化合物聚合反应生成。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，所述多元醇的分子量在200-3000之间；所述异氰酸酯类化合物为具有双官能团或三官能团的异氰酸酯类化合物。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，所述多元醇为聚丙二醇、聚乙二醇、聚四亚甲基醚二醇中任意两种或两种以上的混合物；所述异氰酸酯类化合物为非黄变型聚异氰酸酯类化合物。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，所述石墨烯树脂包括20-50重量份的氧化石墨烯和50-80重量份的氨基甲酸酯单体聚合反应生成。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，所述单体为涂层物质助剂；所述添加剂为稳定剂、匀染剂和消泡剂；所述光引发剂为羟基环苯酮。
具体的，涂层助剂可以为：全氟烷基氨基甲酸酯、丙烯酸类氟化物和有机变性聚氧硅烷中的一种或几种的混合物；稳定剂可以为氢醌、甲氧基苯酚、苯醌，2,6二叔丁基甲酚中的一种或几种的混合物；匀染剂可以为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚；消泡剂可以为消泡剂XBE-2000或消泡剂MPO。
优选的，所述纳米耐磨石墨烯水晶涂层制备方法如下：
步骤1：按重量分数计，取以下原料：聚氨酯树脂10-35份、石墨烯树脂20-40份、单体15-30份、添加剂0.2-2份和光引发剂5-10份；
步骤2：将聚氨酯树脂、石墨烯树脂和有机溶剂以体积比为1：(1～3)混合，以300～500rpm的速度充分搅拌1～3小时，得混合物；
步骤3：继续向上述混合物中加入单体、添加剂和光引发剂，搅拌2-5小时，得到纳米耐磨石墨烯水晶涂料，再经过一次性涂覆形成纳米耐磨石墨烯水晶涂层。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，步骤2所述有机溶剂为异丙氧基乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、甲基乙基甲酮、甲基异丁基酮、环己酮中的一种。
优选的，纳米耐磨石墨烯水晶涂层，步骤3所述纳米耐磨石墨烯水晶涂层的厚度小于8μm。
本发明的有益效果是：将本发明的涂料组合物应用于电子设备，通过一次性涂覆形成高硬度涂层膜，并且颜料的分散性较好，即使在涂层的厚度低于8μm时，表面硬度仍高于3H。在丙烯酸-聚碳酸酯材料的表面涂覆后，能够展现出优异的玻璃质感，因此，可以作为手机，笔记本电脑、数码相机、摄影机、音响等移动电子设备的表面保护涂层材料。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
合成聚氨酯树脂和石墨烯树脂
合成聚氨酯树脂：在附着有冷凝器的1000mL的四口烧瓶中注入氮气，并投入40.38g的多元醇(分子量为2000的聚丙二醇和分子量为3000的聚丙二醇按质量比为1:1混合)、19.23g的1，6-己二异丁酸酯和0.5961g的二月桂酸二丁基锡，搅拌并升温，由于反应为放热反应，因此调节温度在65-75℃，反应时间为12小时，合成聚氨酯树脂；
合成石墨烯树脂：将25g氧化石墨烯放入装有回流冷却器和搅拌器的玻璃烧瓶中，搅拌溶解，其次将75g氨基甲酸酯单体稀释于165g无水乙醇中最后，在20-30℃下向氧化石墨烯中滴加氨基甲酸酯单体溶液，并进行搅拌，在25-45℃下进行24小时回流反应，从而合成石墨烯树脂；
实施例2：
制备纳米耐磨石墨烯水晶涂层
将实施例1制得的石墨烯树脂22g添加到34.05g聚氨酯树脂中，并加入41.5g的有机溶剂环己酮，并以400rmp的转速搅拌2小时，得混合物；
向上述混合物中添加全氟烷基氨基甲酸酯12g、丙烯酸类氟化物12g和有机变性聚氧硅烷12g、甲氧基苯酚0.3g、烷基酚聚氧乙烯醚0.3g、消泡剂XBE-2000 0.3g和羟基环苯酮8g，继续搅拌3小时，得到纳米耐磨石墨烯水晶涂料。
将聚碳酸酯材料按照10×10cm的尺寸进行剪裁，并用乙醇清洗聚碳酸酯材料的表面，清洗完毕后置于干燥箱中60℃干燥30min，将上述涂料采用棒式涂布的方式涂覆到聚碳酸酯的表面，涂层厚度8μm，并在热风干燥器中干燥100℃下干燥10min，得到纳米耐磨石墨烯水晶涂层。
对比例：
纳米耐磨石墨烯水晶涂层的制备，包括以下步骤：
将实施例中制得的聚氨酯树脂56.05g，加入41.5g的有机溶剂环己酮，并以400rmp的转速搅拌2小时，得混合物；
向上述混合物中添加全氟烷基氨基甲酸酯12g、丙烯酸类氟化物12g和有机变性聚氧硅烷12g、甲氧基苯酚0.3g、烷基酚聚氧乙烯醚0.3g、消泡剂XBE-2000 0.3g和羟基环苯酮8g，继续搅拌3小时，得到纳米耐磨石墨烯水晶涂料。
将聚碳酸酯材料按照10×10cm的尺寸进行剪裁，并用乙醇清洗聚碳酸酯材料的表面，清洗完毕后置于干燥箱中60℃干燥30min，将上述涂料采用棒式涂布的方式涂覆到聚碳酸酯的表面，涂层厚度8μm，并在热风干燥器中干燥100℃下干燥10min，得到纳米水晶涂层。
分别对实施例2制得的纳米耐磨石墨烯水晶涂层和对比例得到的纳米水晶涂层进行物性评估，评估标准如下：
(1)硬度：利用铅笔硬度测试器，用三菱UNI3H硬度的铅笔以500g荷重分别对实施例2和对比例的涂层表面划5次后，观察划痕，确定硬度；
(2)附着性：依照JIS K 5600-5-4基准，横截后，利用透明胶纸进行剥离实验，确认是否有涂层脱离的现象，其中，掉1块就是99/100,掉10块就是90/100；
(3)耐磨耗性：在10000次以上的(RCA TEST,1000g)旋转后，对缺损数量进行确认；Pass代表未出现缺损，NG代表出现1mm以上大小的缺损；
(4)耐盐水性评估：3％NaCl溶液喷雾，72hr以上，观察涂层表面情况。
(5)耐污染性评估：使用油性笔(慕娜美公司蓝色签字笔)在涂层表面书写或擦掉，目测书写或擦掉的情况进行评估；
书写评估标准为：a代表不好写，b代表写的很零散，c代表能写，d代表很好写；
擦拭评估标准为：e好擦，f只有一部分擦不掉，g一半擦不掉，h擦不掉。
(6)耐药品性：使用沾有乙醇的布在聚碳酸酯的涂层表面进行来回擦拭280次以上，观察表面变化。
(7)耐热冲击性：在200℃以下暴露60min后进行缓冷，肉眼观察涂层涂层是否发生龟裂。
物性测试结果见下表1。
表1.物性测试结果表
评估项目 实施例 对比例
硬度(H) 3 1
附着性 100/100 90/100
耐磨耗性 Pass NG
耐盐水性 无变化 部分脱落
耐污染性 a,e c,h
耐药品性 无变化 部分脱落
耐热冲击性 无龟裂 有裂纹
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：聚氨酯树脂10-35份、石墨烯树脂20-40份、单体15-30份、添加剂0.2-2份和光引发剂5-10份，其中，所述聚氨酯树脂包括35-45重量份的多元醇和15-25重量份异氰酸酯类化合物聚合反应生成；所述石墨烯树脂包括20-50重量份的氧化石墨烯和50-80重量份的氨基甲酸酯单体聚合反应生成；
所述纳米耐磨石墨烯水晶涂层制备方法如下：
步骤1：按重量分数计，取以下原料：聚氨酯树脂10-35份、石墨烯树脂20-40份、单体15-30份、添加剂0.2-2份和光引发剂5-10份；
步骤2：将聚氨酯树脂、石墨烯树脂和有机溶剂以体积比为1：(1～3)混合，以300～500rpm的速度充分搅拌1～3小时，得混合物；
步骤3：继续向上述混合物中加入单体、添加剂和光引发剂，搅拌2-5小时，得到纳米耐磨石墨烯水晶涂料，再经过一次性涂覆形成纳米耐磨石墨烯水晶涂层。
2.根据权利要求1所述的纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，所述多元醇的分子量在200-3000之间；所述异氰酸酯类化合物为具有双官能团或三官能团的异氰酸酯类化合物。
3.根据权利要求2所述的纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，所述多元醇为聚丙二醇、聚乙二醇、聚四亚甲基醚二醇中任意两种或两种以上的混合物；所述异氰酸酯类化合物为非黄变型聚异氰酸酯类化合物。
4.根据权利要求1所述的纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，所述添加剂为稳定剂、匀染剂和消泡剂。
5.根据权利要求1所述的纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，步骤2所述有机溶剂为异丙氧基乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、甲基乙基甲酮、甲基异丁基酮、环己酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的纳米耐磨石墨烯水晶涂层，其特征在于，步骤3所述纳米耐磨石墨烯水晶涂层的厚度小于8μm。
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