CN108892989A - 一种石墨烯多功能涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂料领域，具体涉及一种石墨烯多功能涂料的制备方法。主要包括高铝煤矸石岛、高岭土矿石岛、直立液压粉碎岛、尾气烘干岛、转鼓窑岛、循环冷却岛、涂料配制岛、高铝粉煤灰岛、石墨烯岛、涂料辅料岛、石墨烯涂料包装岛等。本发明明显优点是低成本生产无污染的环保型、高防腐、耐高温、耐磨、高附着力、高隔热、快散热等多功能石墨烯涂料，尤其适合在海洋工程、船体、汽车、飞机、集装箱、高端装备、环保设备、精密机械、建筑、木制品、塑料制品、橡胶制品、碳纤维、玻璃、玻璃钢等领域广泛应用。

Description

一种石墨烯多功能涂料的制备方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种石墨烯多功能涂料的制备方法。

背景技术

随着各行各业的迅猛发展，对行业的要求越来越高。水利水电、航天航空、船舶码头等等对建筑物和设备的外表防水防腐抗磨蚀保护都有新的要求，所遇到的各种防护的工况都变的非常复杂。另外，高科技的发展向表面保护材料也提出了新的要求，如航天航空的、舰艇船舶、深海潜艇、深海钻探与开发等等的飞速发展，也对表面保护涂装材料的技术性能要求越来越高，有的要求耐热，有的要求耐冲刷，耐磨，还有的要求在低温或高温下正常运行。因此，现有的涂装材料远远满足不了现在的涂装工艺要求。作业环境也在不断地发生变化，高温高热、强腐蚀等工程环境随处可见。因此，需要一种安全、高效并能适应各种工况要求的各种复杂环境的涂料，以防止各类水环境、酸碱环境对构造物的腐蚀，还要能在高温或低温情况下使用。

目前，国内研制的石墨烯类防腐抗磨蚀材料，主要是利用已经生产好的石墨烯与树脂混合，生产出石墨烯类涂装材料。它包括以下3种制备方法：(1)熔融共混；(2)溶液共混；(3)原位聚合；三者均存在有效地使石墨烯均匀分散、抱团的难题，影响了石墨烯类涂料的各种性能，而且工艺复杂，生产成本高，限制了石墨烯类涂料的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无污染的环保型、高防腐、耐高温、耐磨、高附着力、高隔热、快散热的石墨烯多功能涂料。

本发明的第一目的是提供一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其包括高铝煤矸石岛、高岭土矿石岛、直立液压粉碎岛、尾气烘干岛、转鼓窑岛、循环冷却岛、涂料配制岛、高铝粉煤灰岛、石墨烯岛、涂料辅料岛、石墨烯涂料包装岛。

所述高铝煤矸石岛包括将高铝煤矸石挑选去杂和预粉碎成小颗粒。

所述高岭土矿石岛包括将高岭土矿石挑选去杂和预粉碎成小颗粒。

所述直立液压粉碎岛包括直立液压粉碎将小颗粒物料在高液压环境下超微粉碎。

所述尾气烘干岛包括回收循环利用的尾气热能对液压超微粉碎的进行快速烘干，有效节约能源。

所述转鼓窑岛包括将烘干的物料在转鼓窑1000—1500℃烧结。

所述循环冷却岛包括将烧结的物料快速循环水冷却。

所述涂料配制岛包括将涂料所需的原材料按配方搅拌。

所述高铝粉煤灰岛包括将高铝粉煤灰水洗和烘干粉碎，以及电石、硅铁、钢铁冶金和煤化工灰渣中的一种或二种以上混合。

所述石墨烯岛包括将石墨烯按配方用量送入输送装置。

所述涂料辅料岛包括将涂料辅料按配方用量送入输送装置。

所述石墨烯涂料包装岛包括将制成的涂料送入包装流水线。

本发明的第二目的是应用上述各装置具体制备石墨烯多功能涂料的具体方法，其制备步骤为：

第一步、将高铝煤矸石岛和高岭土矿石岛的高铝煤矸石与高岭土矿石经预粉碎后送入直立液压粉碎岛超细粉碎，送尾气烘干岛300—800℃烘干，送转鼓窑岛1000—1500℃高温处理，送循环冷却岛冷却制取2000—6000目粉料，送涂料配制岛；

第二步、将高铝粉煤灰岛的高铝粉煤灰，送清洗岛清洗，经脱水烘干粉碎岛粉碎后送涂料配制岛。

第三步、将石墨烯岛和涂料辅料岛的石墨烯与涂料辅料，送涂料配制岛与清洗烘干高铝粉煤灰、高铝煤矸石、高岭土矿石粉料按配方进行混合调制石墨烯多功能涂料，送石墨烯涂料包装岛包装。

所述第一步中，优选对转鼓窑岛的尾气进行热能回收循环利用，供尾气烘干岛烘干使用。

所述在第三步中，优选石墨烯多功能涂料的配方为：

石墨烯(一层和多层)0.005—0.3％，高铝煤矸石、高岭土2000—6000目粉料10—30％，高铝粉煤灰5—30％，涂料辅料20—50％，其余为清水。

所述在第三步中，优选涂料辅料，包括：

树脂物：环氧树脂、水性丙烯树脂、甲醚氨基树脂、酚氧树脂等中的一种或多种。

成膜物：碱金属硅酸盐，如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的一种或多种。

固化剂：如金属、金属氧化物和氢氧化物以及金属盐类；有硅化物、氟硅化物；有磷酸盐、硼酸盐化合物以及某些有机化合物等。如三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；氟硅酸钠，三聚磷酸硅，磷酸二氢铝，水溶性磷酸硅，缩合磷酸铝中的一种或多种。

乳液：如纯丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液中的一种或其中至少两种的组合。增加耐洗刷性能，改善涂料的韧性。

颜料：氧化钛、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或其中至少两种的组合。

其它填料：金红石型钛白粉、滑石粉、岩棉纤维、膨胀珍珠岩、海泡石、长钾石、高温漆用玻璃粉中的一种或其中至少两种的组合。增加高光泽度、良好的遮盖力和着色力，且易分散、耐久性好，提高涂层热弹性和抗龟裂性，防止、减少涂层干燥过程中收缩龟裂和高温下开裂，保持涂层平整度，以及对水玻璃类无机基料改性提高耐水性，改善涂料中少量乳液耐温差的缺陷。

助剂：稳定剂(季铵化合物)，分散剂(凹凸棒土、蒙脱土、LOPON耐水型钾盐、Hydropalat 188A)，流平剂(选择低VOC，如无溶剂牛顿型非聚氨酯类、改性聚硅氧烷)、消泡剂(有机硅类、、不含矿物油类)，增稠剂(如聚丙烯酸钠)、防腐防霉剂(异噻唑啉酮类化合物、无机防腐剂)、pH调节剂(如浓度为25--35％氨水、合成有机硅水溶液，如甲基硅醇钾，成膜无有机物排放，能提高涂料的耐水性和耐擦洗性)。

本发明的第三目的是应用上述方法制备的石墨烯多功能涂料在海洋工程、船体、汽车、飞机、高端装备、环保设备、精密机械领域的应用。

本发明的有益效果：

本发明的优点是低成本生产无污染的环保型、高防腐、耐高温、耐磨、高附着力、高隔热、快散热等多功能石墨烯涂料，尤其适合在海洋工程、船体、汽车、飞机、集装箱、高端装备、环保设备、精密机械、建筑、木制品、塑料制品、橡胶制品、碳纤维、玻璃、玻璃钢等领域广泛应用。

附图说明

图1为本发明中生产石墨烯多功能涂料的装置流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其制备步骤为：

第一步、将高铝煤矸石岛和高岭土矿石岛的高铝煤矸石与高岭土矿石经预粉碎后送入直立液压粉碎岛超细粉碎，送尾气烘干岛300—800℃烘干，送转鼓窑岛1000—1500℃高温处理，送循环冷却岛冷却制取2000—6000目粉料，送涂料配制岛；

第二步、将高铝粉煤灰岛的高铝粉煤灰，送清洗岛清洗，经脱水烘干粉碎岛粉碎后送涂料配制岛。

第三步、将石墨烯岛和涂料辅料岛的石墨烯与涂料辅料，送涂料配制岛与清洗烘干高铝粉煤灰、高铝煤矸石、高岭土矿石粉料按配方进行混合调制石墨烯多功能涂料，送石墨烯涂料包装岛包装。

所述第一步中，优选对转鼓窑岛的尾气进行热能回收循环利用，供尾气烘干岛烘干使用。

所述在第三步中，优选石墨烯多功能涂料的配方为：

石墨烯(一层和多层)0.005—0.3％，高铝煤矸石、高岭土2000—6000目粉料10—30％，高铝粉煤灰5—30％，涂料辅料20—50％，其余为清水。

所述在第三步中，优选涂料辅料，包括：

树脂物：环氧树脂、水性丙烯树脂、甲醚氨基树脂、酚氧树脂等中的一种或多种。

成膜物：碱金属硅酸盐，如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的一种或多种。

固化剂：如金属、金属氧化物和氢氧化物以及金属盐类；有硅化物、氟硅化物；有磷酸盐、硼酸盐化合物以及某些有机化合物等。如三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；氟硅酸钠，三聚磷酸硅，磷酸二氢铝，水溶性磷酸硅，缩合磷酸铝中的一种或多种。

乳液：如纯丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液中的一种或其中至少两种的组合。增加耐洗刷性能，改善涂料的韧性。

颜料：氧化钛、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或其中至少两种的组合。

其它填料：金红石型钛白粉、滑石粉、岩棉纤维、膨胀珍珠岩、海泡石、长钾石、高温漆用玻璃粉中的一种或其中至少两种的组合。增加高光泽度、良好的遮盖力和着色力，且易分散、耐久性好，提高涂层热弹性和抗龟裂性，防止、减少涂层干燥过程中收缩龟裂和高温下开裂，保持涂层平整度，以及对水玻璃类无机基料改性提高耐水性，改善涂料中少量乳液耐温差的缺陷。

助剂：稳定剂(季铵化合物)，分散剂(凹凸棒土、蒙脱土、LOPON耐水型钾盐、Hydropalat 188A)，流平剂(选择低VOC，如无溶剂牛顿型非聚氨酯类、改性聚硅氧烷)、消泡剂(有机硅类、、不含矿物油类)，增稠剂(如聚丙烯酸钠)、防腐防霉剂(异噻唑啉酮类化合物、无机防腐剂)、pH调节剂(如浓度为25--35％氨水、合成有机硅水溶液，如甲基硅醇钾，成膜无有机物排放，能提高涂料的耐水性和耐擦洗性)。

实施例1

集装箱由于长期处在阳光暴晒的环境，容易受热，形成箱体温度高达70℃以上，很容易影响箱体内存放物资的质量。

同时，船用集装箱在江河湖海中，容易受到海水、盐雾、酸雨的腐蚀危害，影响集装箱使用寿命。

为了克服和解决这两大问题，本发明优选采用分层不同功能材料，进行涂装。

1、石墨烯防腐涂层(底漆)

抗重腐蚀，防腐时间长。根据需要防盐雾最高可达到2800小时。漆膜平整，成型后硬度高，其附着力极强(0级)。功能材料选用石墨烯、环氧树脂、锌粉、钛铝粉等核心组分。

2、石墨烯隔热涂层(中漆)

选用耐高温隔热材料，漆膜耐高温120℃以上。功能材料选用石墨烯、高铝硅粉、磷酸镁胶结材料等核心组分。

3、石墨烯散热涂层(面漆)

选用散热材料，漆膜快速散热和热反射隔热，使表面温度低于50℃。功能材料选用石墨烯、空心微珠、高分子聚合物和有机硅树脂等核心组分。

本实施例一是节能环保，耐湿，重防腐，抗冲击。二是施工简单快捷，不需要太多复杂的施工工序，起到高效的特点。三是有效解决因暴晒集装箱内温度快速升温问题，降低箱内温度。四是延长集装箱使用寿命。

本发明不同涂层多功能涂料也适合用在海洋工程、船体、汽车、飞机、高端装备、环保设备、精密机械等领域应用，降低温度对所涂金属物体(如钢铁、铝合金、铜合金)的影响。

实施例2

优选易燃易碎制品(如木质制品、玻璃制品、玻璃钢制品、碳纤维制品、塑料制品、橡胶制品、皮革制品)的涂层为：

1、石墨烯高附着力涂层(底漆)

选用石墨烯、水性丙烯树脂、高铝粉、高岭土、滑石粉、多聚磷酸铝等核心组分。漆膜防腐蚀、附着力强。

2、石墨烯隔热涂层(中漆)

选用石墨烯、高铝钛粉等核心组分。漆膜隔热，耐久性，防水防潮，不易脱落。

3、石墨烯抗菌防燃涂层(面漆)

选用石墨烯、高铝钛粉、碳酸钙、磷酸镁等核心组分。漆膜热导率低、耐水性好、阻燃耐火性好。

实施例3

优选节能环保建筑物(居民建筑、商业建筑、工业厂房、学校、医院，办公楼房、影剧院、车站)的涂层为：

1、石墨烯高附着力涂层(底漆)

选用石墨烯、高铝煤灰、玻璃渣、高炉渣、水泥、矿渣等核心组分。使涂层变得坚固而不会损害。

2、石墨烯保温涂层(中漆)

选用石墨烯、高铝钛粉、气凝胶材料、磷酸镁胶等为核心组分。防热胀损伤保护。

3、石墨烯远红外涂层(面漆)

选用石墨烯、高铝钛粉、黄土石、波纹石粉等核心组分。放射的远红外线容易渗透到人体环保健康，防止人体老化、强化免疫系统作用，以及释放负离子对空气具有吸附和净化的作用。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其特征在于：包括高铝煤矸石岛、高岭土矿石岛、直立液压粉碎岛、尾气烘干岛、转鼓窑岛、循环冷却岛、涂料配制岛、高铝粉煤灰岛、石墨烯岛、涂料辅料岛、石墨烯涂料包装岛。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其特征在于：其制备步骤为：

第一步、将高铝煤矸石岛和高岭土矿石岛的高铝煤矸石与高岭土矿石经预粉碎后送入直立液压粉碎岛超细粉碎，送尾气烘干岛300—800℃烘干，送转鼓窑岛1000—1500℃高温处理，送循环冷却岛冷却制取2000—6000目粉料，送涂料配制岛；

第二步、将高铝粉煤灰岛的高铝粉煤灰，送清洗岛清洗，经脱水烘干粉碎岛粉碎后送涂料配制岛；

第三步、将石墨烯岛和涂料辅料岛的石墨烯与涂料辅料，送涂料配制岛与清洗烘干高铝粉煤灰、高铝煤矸石、高岭土矿石粉料按配方进行混合调制石墨烯多功能涂料，送石墨烯涂料包装岛包装。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其特征在于：所述第一步中，对转鼓窑岛的尾气进行热能回收循环利用，供尾气烘干岛烘干使用。

4.根据权利要求2所述的一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其特征在于：所述在第三步中，石墨烯多功能涂料的配方为：

石墨烯一层和多层0.005—0.3％，高铝煤矸石、高岭土2000—6000目粉料10—30％，高铝粉煤灰5—30％，涂料辅料20—50％，其余为清水。

5.根据权利要求2所述的一种石墨烯多功能涂料的制备方法，其特征在于：所述在第三步中，涂料辅料，包括：

树脂物：环氧树脂、水性丙烯树脂、甲醚氨基树脂、酚氧树脂等中的一种或多种；

成膜物：碱金属硅酸盐，如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂中的一种或多种；

固化剂：如金属、金属氧化物和氢氧化物以及金属盐类；有硅化物、氟硅化物；有磷酸盐、硼酸盐化合物以及某些有机化合物等；如三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；氟硅酸钠，三聚磷酸硅，磷酸二氢铝，水溶性磷酸硅，缩合磷酸铝中的一种或多种；

乳液：如纯丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液中的一种或其中至少两种的组合；增加耐洗刷性能，改善涂料的韧性；

颜料：氧化钛、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或其中至少两种的组合；

其它填料：金红石型钛白粉、滑石粉、岩棉纤维、膨胀珍珠岩、海泡石、长钾石、高温漆用玻璃粉中的一种或其中至少两种的组合；

助剂：稳定剂季铵化合物，分散剂凹凸棒土、蒙脱土、LOPON耐水型钾盐、Hydropalat188A)，流平剂选择低VOC，如无溶剂牛顿型非聚氨酯类、改性聚硅氧烷、消泡剂有机硅类、不含矿物油类，增稠剂聚丙烯酸钠、防腐防霉剂异噻唑啉酮类化合物、无机防腐剂、pH调节剂，浓度为25--35％氨水、合成有机硅水溶液，甲基硅醇钾，成膜无有机物排放。

6.应用权利要求2一种石墨烯多功能涂料的制备方法中的所述的制作步骤在海洋工程、船体、汽车、飞机、高端装备、环保设备、精密机械领域的应用。