CN110157270A - 一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工水性涂料技术领域，尤其为一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法，具有3C消费电子产品涂料所必备的高硬度，耐摩擦，耐指纹及化学等特性，同时本发明提供的石墨烯改性水性3C消费电子产品外壳烤漆还具有良好的电磁屏蔽作用：本发明采用了单层率大于99％的单层氧化石墨烯，通过高温还原得到石墨烯改性水性3C消费电子产品外壳烤漆，石墨烯具有出色的电导率，对电磁辐射有良好的反射损耗，另一方面，铁氧体粉是一种磁性材料，具有很高的磁导率在，是当前常用的吸波材料，实现电磁辐射磁介损耗，石墨烯和铁氧体粉协同提供了良好的电磁屏蔽效用，石墨烯的引入提高了涂料的散热性，进一步确保3C消费电子产品的使用安全。

Description

一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工水性涂料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法。
背景技术
计算机、通信和消费类电子产品三者称为“3C产品”，过去的十年，全球消费电子市场高速发展，移动互联网技术的发展普及一方面促进了3C消费电子产品的使用，另一方面使消费者对于便携消费电子产品的需求不断扩张，并逐渐迈向多元化和定制化，外观成为消费者对3C消费电子产品的主要关注点，相应的保护外壳的市场而这与其所使用的涂料关系密切，3C消费电子产品有较高的外观需求，这要求漆膜高度平整、均匀以及色彩稳定，另一方面，3C消费电子产品属于随身携带物品，常触摸、多种环境使用的特点要求漆膜具有高耐磨、优异的耐化学品及耐高低温性能，除此以外，3C消费电子产品用涂料还需要具有散热及防电磁辐射等特殊需求；
近年来，国家对环保加大整治力度，相继出台了《环境保护法》、《涂料消费税》等各项环保法规，各地也纷纷开征VOCs排污费，涂料企业想要发展就必须顺应环保趋势，开发水性环保涂料；
石墨烯是一种只有单层碳原子通过sp2杂化轨道形成六元环蜂窝网状结构的二维平面材料，它自身具有很多独特的性质，是一种在价带和导带之间具有微小重叠的零价带半金属材料，石墨烯独特的结构特性赋予其极优异的电学，力学和热力学性能，作为一种新型的二维纳米碳材料，成为各领域的研究热点；
相比石墨烯，氧化石墨烯在水中的分散性更好，这是因为氧化石墨烯在石墨烯边沿及表面枝接了很多的羧基，羟基，环氧基等含氧基团，这些含氧官能团使氧化石墨烯具有两亲性。为了改善石墨烯在水性涂料中的分散性，在涂料中我们使用氧化石墨烯，在后成膜烘烤过程中通过高温还原得到均匀分散的石墨烯；
公开号为CN201610164463.0“一种用于3C电子产品的复合涂料及其制备方法”中提供了一种3C电子产品用防辐射涂料，将钛酸钡和钛酸锶混合处理后在表面镀镍粉作为复合防辐射剂用于防辐射涂料，但是钛酸钡和钛酸锶均有一定的毒性，且生产过程中大量的镍粉也对生产工作人员有一定的危害。
为此设计一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法，不仅具有良好的外观及优异的抗划伤、耐指纹、耐化学品性能，同时有良好的散热性与抗电磁辐射性，既保护3C消费电子产品的性能提高使用安全又保护人体安全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯1重量份一10重量份、水性丙烯酸树脂30重量份一60重量份、水性氨基树脂5重量份一15重量份、铁氧体粉5重量份一15重量份、去离子水10重量份一40重量份、助溶剂5重量份一20重量份和助剂1重量份一10重量份。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述水性丙烯酸树脂制备单体中含羟基、环氧基或羧基的单体占单体总摩尔量的1％一6％；更进一步而言，含羟基、环氧基或羧基的单体占单体总摩尔量的3％一5％。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述的水性氨基树脂为脲醛树脂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂中的一种或几种的混合物；更进一步而言，水性氨基树脂选用高固含的甲醇醚化氨基树脂。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述氧化石墨烯为单层率大于99％的单层氧化石墨烯。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述助溶剂为丙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、异丙醇、正丁醇等亲水性醇醚类及低级醇中的一种或几种的混合物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述助剂为分散剂，消泡剂，流平剂，增稠剂、附着力促进剂、催化剂及PH调节剂中的一种或几种的混合物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述分散剂为不饱和多元羧酸聚合物、有机硅氧烷其聚体或改性丙烯酸嵌段共聚物中的一种或几种的混合物，更进一步而言，分散剂为改性丙烯酸嵌段共聚物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述消泡剂为聚醚类消泡剂、硅类消泡剂及聚醚改性硅氧烷消泡剂中的一种或几种的混合物，更进一步而言，消泡剂采用聚醚改性硅氧烷类消泡剂。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述流平剂采用疏水改性聚氨酯、聚酯改性聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述增稠剂采用气相二氧化硅或疏水改性聚氨酯中的一种或几种的混合物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述附着力促进剂采用硅烷化合物类。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述催化剂为磷酸、磷酸衍生物及对甲基苯磺酸等磺酸类催化剂中的一种或几种的混合物。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料优选的技术方案：所述PH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺及二甲基乙醇胺中的一种或几种的混合物；更进一步而言，PH调节剂选用二甲基乙醇胺。
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
作为本发明一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法优选的技术方案：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为100—150℃，烘烤20min—50min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料及其制备方法，具有3C消费电子产品涂料所必备的高硬度，耐摩擦，耐指纹及化学等特性，同时本发明提供的石墨烯改性水性3C消费电子产品外壳烤漆还具有良好的电磁屏蔽作用：一方面，本发明采用了单层率大于99％的单层氧化石墨烯，通过高温还原得到石墨烯改性水性3C消费电子产品外壳烤漆，石墨烯具有出色的电导率，对电磁辐射有良好的反射损耗，另一方面，铁氧体粉是一种磁性材料，具有很高的磁导率在，是当前常用的吸波材料，实现电磁辐射磁介损耗，石墨烯和铁氧体粉协同提供了良好的电磁屏蔽效用，同时，石墨烯的引入提高了涂料的散热性，进一步确保3C消费电子产品的使用安全。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯(2wt.％)5重量份、水性丙烯酸树脂(55％)38重量份、去离子水20重量份、异丙醇8重量份、丙二醇丁醚12重量份、铁氧体粉8重量份、非离子型炔二醇改性消泡剂0.3重量份、高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂7重量份、气相二氧化硅0.5重量份、改性丙烯酸嵌段共聚物分散剂0.2重量份和二甲基乙醇胺1重量份。
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
结合上述内容：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为100℃，烘烤20min。
实施例2
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯(1.5wt.％)8.5重量份、水性丙烯酸树脂(45％)44重量份、去离子水15重量份、二丙二醇甲醚6重量份、乙二醇单丁醚6重量份、铁氧体粉10重量份、聚醚改性硅氧烷消泡剂0.5重量份、水性高甲醚化氨基树脂7重量份、高分子量聚二甲基硅氧烷流平剂0.6重量份、聚醚磷酸酯系分散剂1.2重量份、非离子缔合型聚氨酯增稠剂0.2重量份和二甲基乙醇胺1重量份。
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
结合上述内容：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为110℃，烘烤30min。
实施例3
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯(0.8wt.％)10重量份、水性丙烯酸树脂(48％)33重量份、水性丙烯酸树脂(47％)27重量份、去离子水4重量份、二丙二醇丁醚4重量份、二丙二醇甲醚4重量份、铁氧体粉10重量份、有机硅消泡剂0.3重量份、六甲氧基甲基三聚氰胺树脂6.6重量份、氟碳有机硅改性硅氧烷流平剂0.1重量份、改性丙烯酸嵌段共聚物0.4重量份和疏水改性聚氨酯增稠剂0.2重量份。
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
结合上述内容：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为130℃，烘烤40min。
实施例4
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯(2.5wt.％)1重量份、水性丙烯酸树脂(60％)29重量份、去离子水40重量份、异丙醇4重量份、丙二醇丁醚8重量份、铁氧体粉7.5重量份、聚醚改性硅氧烷消泡剂0.5重量份、甲醚化氨基树脂7.2重量份、改性丙烯酸嵌段共聚物分散剂0.6重量份、硅烷化合物类附着力促进剂1.2重量份、胺封闭型对甲苯磺酸催化剂0.5重量份和二甲基乙醇胺0.5重量份。
一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
结合上述内容：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为150℃，烘烤50min。
本发明：通过添加多官能化氧化石墨烯，制造出一种应用于塑胶表面的涂层，应用于3C消费电子外壳塑胶件，提高涂层的装饰效果，提高了原有涂层的耐擦洗性能50％，耐溶剂丁酮擦拭试验200次，耐磨性能30％，硬度提高一个等级，耐指纹性能提高，而且产品喷涂后，烘烤固化，耐水性优异，硬度高。
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 (10)

1.一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于，该水性塑胶涂料按重量份数为计：包括氧化石墨烯1重量份一10重量份、水性丙烯酸树脂30重量份一60重量份、水性氨基树脂5重量份一15重量份、铁氧体粉5重量份一15重量份、去离子水10重量份一40重量份、助溶剂5重量份一20重量份和助剂1重量份一10重量份。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述水性丙烯酸树脂制备单体中含羟基、环氧基或羧基的单体占单体总摩尔量的1％一6％；所述的水性氨基树脂为脲醛树脂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述氧化石墨烯为单层率大于99％的单层氧化石墨烯；所述助溶剂为丙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、异丙醇、正丁醇等亲水性醇醚类及低级醇中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述助剂为分散剂，消泡剂，流平剂，增稠剂、附着力促进剂、催化剂及PH调节剂中的一种或几种的混合物；所述分散剂为不饱和多元羧酸聚合物、有机硅氧烷其聚体或改性丙烯酸嵌段共聚物中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述消泡剂为聚醚类消泡剂、硅类消泡剂及聚醚改性硅氧烷消泡剂中的一种或几种的混合物；所述流平剂采用疏水改性聚氨酯、聚酯改性聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述增稠剂采用气相二氧化硅或疏水改性聚氨酯中的一种或几种的混合物；所述附着力促进剂采用硅烷化合物类。
7.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述催化剂为磷酸、磷酸衍生物及对甲基苯磺酸等磺酸类催化剂中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料，其特征在于：所述PH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺及二甲基乙醇胺中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将单层氧化石墨烯分散于去离子水中，超声并搅拌分散20min得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；
S2、将氧化石墨烯溶液与部分水性丙烯酸树脂充分搅拌后，加入铁氧粉，通过砂磨机将细度磨至20μm以下，得到混合组分A；
S3、将余量的水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、助溶剂及助剂按比例加入到调漆釜，用高速分散机分散均匀，加入混合组分A，高速分散均匀后用200目滤布过滤，得氧化石墨烯增强水性塑胶涂料。
10.根据权利要求9所述的一种氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯增强水性塑胶涂料的烘烤条件为100—150℃，烘烤20min—50min。
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