CN108976996A - 一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法 - Google Patents

一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法，包括氧化石墨烯单体10‑15份，环氧树脂5‑10份，硅酸盐水溶液15‑20份，碳酸盐水溶液15‑20份，铬酸盐水溶液10‑15份，磷酸盐水溶液10‑15份，锌粉5‑10份，过氧化氢2‑5份，氯化铵5‑8份，水溶剂20‑30份。本发明利用碱性金属盐溶液，配合石墨烯单体的二次元结构，使其结合后，分散到涂料中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用，并在涂料中加入环氧树脂，进一步强化隔离效果，在涂料中还添加有锌粉、过氧化氢提高原料的反应效率，并加入氯化铵，提高涂料的粘结性能和耐高温性能，填补了涂料在石墨烯领域中既具有阻燃又具有耐高温效果的空缺，将其应用在涂料领域中，将是一个全新的突破，具有良好的应用前景。

Description

一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体为一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法。
背景技术
石墨烯是21世纪重要的新型材料，其由多层片状结构组成，每层结构都是由碳原子经过sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格平面薄膜。石墨烯的理论已经提出了一段时间，但一直到2004年英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，才在实验室中人工分离出石墨烯单体，从而证实了石墨烯的存在。两位学者也因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是纳米材料中厚度最小、强度最大的种类，由于吸光率很低，只有2.3％，所以外观几乎是完全透明的。石墨烯物理性能优异，导热性能比碳纳米管和金刚石还高，为5300W/m·K，室温环境下其电子迁移率大于15000cm2/vs，超过纳米碳管或硅晶体。石墨烯是当前世界上已知材料中导电性最好的材料，电阻率仅为10-8Ω·cm，低于铜或银。
综上所述，石墨烯兼具比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点，一经问世，就受到世界各国的广泛关注。现阶段我国已经初步形成石墨烯工业化生产。石墨烯应用范围十分广阔，涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能，石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料等方面都有着非常深远的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法，充分利用了石墨烯优异的性能，填补了涂料在石墨烯领域中既具有阻燃又具有耐高温效果的空缺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阻燃耐高温石墨烯涂料，包括以下质量分数配比的原料：氧化石墨烯单体10-15份，环氧树脂5-10份，硅酸盐水溶液15-20份，碳酸盐水溶液15-20份，铬酸盐水溶液10-15份，磷酸盐水溶液10-15份，锌粉5-10份，过氧化氢2-5份，氯化铵5-8份，水溶剂20-30份。
优选的，所述硅酸盐水溶液、碳酸盐水溶液、铬酸盐水溶液和磷酸盐水溶液均为一种碱性金属盐溶液。
优选的，包括氧化石墨烯单体10份，环氧树脂5份，硅酸盐水溶液15份，碳酸盐水溶液15份，铬酸盐水溶液10份，磷酸盐水溶液10份，锌粉5份，过氧化氢2份，氯化铵5份，水溶剂20份。
优选的，包括氧化石墨烯单体15份，环氧树脂10份，硅酸盐水溶液20份，碳酸盐水溶液20份，铬酸盐水溶液15份，磷酸盐水溶液15份，锌粉10份，过氧化氢5份，氯化铵8份，水溶剂30份。
优选的，包括氧化石墨烯单体13份，环氧树脂8份，硅酸盐水溶液17份，碳酸盐水溶液18份，铬酸盐水溶液12份，磷酸盐水溶液13份，锌粉8份，过氧化氢3份，氯化铵7份，水溶剂25份。
本发明提供另一种技术方案为：一种阻燃耐高温石墨烯涂料的加工方法，包括以下步骤：
S1：按上述重量份数称取硅酸盐水溶液、碳酸盐水溶液、铬酸盐水溶液、磷酸盐水溶液、锌粉和水溶剂添加到搅拌釜内，混合搅拌均匀，得到混合物A；
S2：分别称取氧化石墨烯单体、环氧树脂添加到混合物A中，继续搅拌30min至混合液出现粘稠状，得到混合物B；
S3：向混合物B中继续添加适量过氧化氢和氯化铵，搅拌10min至完全融合，得到成品涂料。
优选的，所述S1、S2中搅拌釜的搅拌速度控制在5r/s，S2中搅拌釜的搅拌速度控制在0.5r/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法，利用碱性金属盐溶液，具有较好的饱和、耐强酸腐蚀的效果，并配合石墨烯单体的二次元结构，使其结合后，分散到涂料中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用，并在涂料中加入环氧树脂，使得石墨烯单体还可以与树脂分子发生交联，进一步强化隔离效果，而且，石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳和水外，还会在原处留下连续分布的碳层，从而再次提高阻燃效果，因此将石墨烯单体和环氧树脂应用在涂料领域中，将是一个全新的突破，具有很好的应用前景。
2、本阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法，在涂料中还添加有锌粉、过氧化氢作为还原剂，提高原料的反应效率，并加入氯化铵，使得石墨烯在固化后形成的网状结构，夹杂有金属碱性盐成分，进一步提高涂料的粘结性能和耐高温性能，填补了涂料在石墨烯领域中既具有阻燃又具有耐高温效果的空缺。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例，然而，本发明实施例并不以此为限。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中：提供一种阻燃耐高温石墨烯涂料，包括以下质量分数配比的原料：氧化石墨烯单体10-15份，环氧树脂5-10份，硅酸盐水溶液15-20份，碳酸盐水溶液15-20份，铬酸盐水溶液10-15份，磷酸盐水溶液10-15份，锌粉5-10份，过氧化氢2-5份，氯化铵5-8份，水溶剂20-30份，其中，硅酸盐水溶液、碳酸盐水溶液、铬酸盐水溶液和磷酸盐水溶液均为一种碱性金属盐溶液，具有较好的饱和效果，耐强酸腐蚀的效果；而石墨烯单体的二次元结构，分散到涂料中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用，并在涂料中加入环氧树脂，使得石墨烯单体还可以与树脂分子发生交联，进一步强化隔离效果，而且，石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳和水外，还会在原处留下连续分布的碳层，从而再次提高阻燃效果，因此将石墨烯单体和环氧树脂应用在涂料领域中，将是一个全新的突破，具有很好的应用前景；其次，在涂料中还添加有锌粉、过氧化氢作为还原剂，提高原料的反应效率，并加入氯化铵，使得石墨烯在固化后形成的网状结构，夹杂有金属碱性盐成分，进一步提高涂料的粘结性能和耐高温性能。
基于上述涂料提供的原料配比，为了进一步更好的解释上述配方，本发明提供如下实例及其相应的加工方法：
实施例1：
取氧化石墨烯单体10份，环氧树脂5份，硅酸盐水溶液15份，碳酸盐水溶液15份，铬酸盐水溶液10份，磷酸盐水溶液10份，锌粉5份，过氧化氢2份，氯化铵5份，水溶剂20份。
步骤一：按上述重量份数称取硅酸盐水溶液15份，碳酸盐水溶液15份，铬酸盐水溶液10份，磷酸盐水溶液10份，锌粉5份和水溶剂20份添加到搅拌釜内，搅拌速度控制在5r/s，混合搅拌均匀，得到混合物A；
步骤二：分别称取氧化石墨烯单体10份、环氧树脂5份添加到混合物A中，继续搅拌30min至混合液出现粘稠状，得到混合物B；
步骤三：向混合物B中继续添加过氧化氢2份、氯化铵5份，搅拌速度控制在0.5r/s，搅拌10min至完全融合，得到成品涂料。
实施例2：
取氧化石墨烯单体15份，环氧树脂10份，硅酸盐水溶液20份，碳酸盐水溶液20份，铬酸盐水溶液15份，磷酸盐水溶液15份，锌粉10份，过氧化氢5份，氯化铵8份，水溶剂30份。
步骤一：按上述重量份数称取硅酸盐水溶液20份，碳酸盐水溶液20份，铬酸盐水溶液15份，磷酸盐水溶液15份，锌粉10份和水溶剂30份添加到搅拌釜内，搅拌速度控制在5r/s，混合搅拌均匀，得到混合物A；
步骤二：分别称取氧化石墨烯单体15份、环氧树脂10份添加到混合物A中，继续搅拌30min至混合液出现粘稠状，得到混合物B；
步骤三：向混合物B中继续添加过氧化氢5份、氯化铵8份，搅拌速度控制在0.5r/s，搅拌10min至完全融合，得到成品涂料。
实施例3：
取氧化石墨烯单体13份，环氧树脂8份，硅酸盐水溶液17份，碳酸盐水溶液18份，铬酸盐水溶液12份，磷酸盐水溶液13份，锌粉8份，过氧化氢3份，氯化铵7份，水溶剂25份。
步骤一：按上述重量份数称取硅酸盐水溶液17份，碳酸盐水溶液18份，铬酸盐水溶液12份，磷酸盐水溶液13份，锌粉8份和水溶剂25份添加到搅拌釜内，搅拌速度控制在5r/s，混合搅拌均匀，得到混合物A；
步骤二：分别称取氧化石墨烯单体13份、环氧树脂8份添加到混合物A中，继续搅拌30min至混合液出现粘稠状，得到混合物B；
步骤三：向混合物B中继续添加过氧化氢3份、氯化铵7份，搅拌速度控制在0.5r/s，搅拌10min至完全融合，得到成品涂料。
将上述三种实施例得到的涂料分别涂覆于大小相同的木质材料上，作为试验组A、B、C，同时，在另一块木材上涂覆普通的涂料，作为对照组D，待四组木材上的涂料风干后，将该涂覆有涂料的木材放在高温阳光下连续照射72小时，观察四组木材上涂料的变化情况：发现试验组A、B、C三块木质材料上的涂料不受任何环境温度的变化，依然保持原来涂覆的现状；而对照组D上涂覆的涂料则有明显流痕的产生，涂料表面出现稀松状，因此经试验验证，得到本发明制作的石墨烯涂料具有耐高温的特性。
随后，将试验组A、B、C以及对照组D上涂覆有涂料的木材，采用明火点燃，观察各组木材的燃耗时间：发现试验组A的燃耗时间通过计时为45min，试验组B的燃耗时间通过计时为48min，试验组C的燃耗时间通过计时为55min，对照组D的燃耗时间通过计时为30min，由上述实验数据可得，试验组A、B、C涂覆有本发明涂料的木材燃耗时间明显长于对照组D，由此可得本发明的涂料配方的阻燃性能明显高于普通涂料的阻燃性能，其次，从A、B、C三组的燃耗时间得出，试验组C的燃耗时间最长，因此其阻燃性能最佳，是本发明重量份数原料的最佳配比。
综上所述：本阻燃耐高温石墨烯涂料及其加工方法，利用碱性金属盐溶液，具有较好的饱和、耐强酸腐蚀的效果，并配合石墨烯单体的二次元结构，使其结合后，分散到涂料中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用，并在涂料中加入环氧树脂，使得石墨烯单体还可以与树脂分子发生交联，进一步强化隔离效果，而且，石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳和水外，还会在原处留下连续分布的碳层，从而再次提高阻燃效果，因此将石墨烯单体和环氧树脂应用在涂料领域中，将是一个全新的突破，具有很好的应用前景；其次，在涂料中还添加有锌粉、过氧化氢作为还原剂，提高原料的反应效率，并加入氯化铵，使得石墨烯在固化后形成的网状结构，夹杂有金属碱性盐成分，进一步提高涂料的粘结性能和耐高温性能，填补了涂料在石墨烯领域中既具有阻燃又具有耐高温效果的空缺。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种阻燃耐高温石墨烯涂料，其特征在于，包括以下质量分数配比的原料：氧化石墨烯单体10-15份，环氧树脂5-10份，硅酸盐水溶液15-20份，碳酸盐水溶液15-20份，铬酸盐水溶液10-15份，磷酸盐水溶液10-15份，锌粉5-10份，过氧化氢2-5份，氯化铵5-8份，水溶剂20-30份。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温石墨烯涂料，其特征在于，所述硅酸盐水溶液、碳酸盐水溶液、铬酸盐水溶液和磷酸盐水溶液均为一种碱性金属盐溶液。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温石墨烯涂料，其特征在于，包括氧化石墨烯单体10份，环氧树脂5份，硅酸盐水溶液15份，碳酸盐水溶液15份，铬酸盐水溶液10份，磷酸盐水溶液10份，锌粉5份，过氧化氢2份，氯化铵5份，水溶剂20份。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温石墨烯涂料，其特征在于，包括氧化石墨烯单体15份，环氧树脂10份，硅酸盐水溶液20份，碳酸盐水溶液20份，铬酸盐水溶液15份，磷酸盐水溶液15份，锌粉10份，过氧化氢5份，氯化铵8份，水溶剂30份。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温石墨烯涂料，其特征在于，包括氧化石墨烯单体13份，环氧树脂8份，硅酸盐水溶液17份，碳酸盐水溶液18份，铬酸盐水溶液12份，磷酸盐水溶液13份，锌粉8份，过氧化氢3份，氯化铵7份，水溶剂25份。
6.一种根据权利要求1所述的阻燃耐高温石墨烯涂料的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按上述重量份数称取硅酸盐水溶液、碳酸盐水溶液、铬酸盐水溶液、磷酸盐水溶液、锌粉和水溶剂添加到搅拌釜内，混合搅拌均匀，得到混合物A；
S2：分别称取氧化石墨烯单体、环氧树脂添加到混合物A中，继续搅拌30min至混合液出现粘稠状，得到混合物B；
S3：向混合物B中继续添加适量过氧化氢和氯化铵，搅拌10min至完全融合，得到成品涂料。
7.根据权利要求6所述的一种阻燃耐高温石墨烯涂料的加工方法，其特征在于，所述S1、S2中搅拌釜的搅拌速度控制在5r/s，S2中搅拌釜的搅拌速度控制在0.5r/s。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181211

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