CN110343443A - 一种石墨烯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯涂料及其制备方法，所述石墨烯涂料包括以下原料的A组分主漆：改性有机聚合物、润湿分散剂、消泡剂、有机膨润土、聚酰胺蜡粉、乙醇、气相二氧化硅、正丁醇、二甲苯、渗透剂、颜填料、纳米石墨烯、偶联剂，其中所述改性有机聚合物由包括环氧树脂、纳米石墨烯、纳米钛粉、溶剂、分散剂、催化剂的原料重聚形成。本发明利用纳米石墨烯、纳米钛粉与环氧树脂聚合形成改性有机聚合物，充分应用了纳米石墨烯SP2轨道杂化而形成多层的蜂巢晶格二维平面网络结构“迷宫效应”使得形成的改性有机聚合物内部形成一种纳米立体结构，从而使得涂料具有优异的附着力、高渗透性、强耐腐蚀性。

Description

一种石墨烯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯涂料及其制备方法。

背景技术

对于建筑涂料来说，传统防护涂层受限于自身材料性质及工艺，存在对基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又较高的问题，降低了涂层的性价比，此外相当一部分涂层因各种重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。地坪涂料属于建筑涂料中的一类，当前研究和生产地坪漆单位不少，它们主要是应用地坪漆屏蔽阻隔作用，而没有深入地研究涂料本身的性能，其中地坪涂料与地坪之间的附着力性能参数会影响到地坪涂料的使用寿命，附着力差的涂料也容易发生脱落影响美观。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有较高附着力的石墨烯涂料及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种石墨烯涂料，包括以下质量份原料的A组分主漆：

改性有机聚合物，所述改性有机聚合物由包括400～450质量份环氧树脂、1～2质量份纳米石墨烯、20～30质量份纳米钛粉、20～27质量份溶剂、0.27～0.5质量份分散剂和0.05～0.1质量份催化剂的原料重聚形成；

优选地，所述改性有机聚合物的原料中环氧树脂的环氧值为0.51～0.65。在一些优选的实施例中使用大分子环氧树脂(环氧值为0.51～0.65)作为原料，将纳米石墨烯和纳米钛粉接枝到所述大分子环氧树脂基体上，在改性剂和催化剂的作用下架桥聚合形成改性有机聚合物，使得制备出的涂料具有优异的附着力。其中，在形成改性有机聚合物中纳米石墨烯所起的作用是提高成膜物质高聚物的高性能，在形成A组分主漆中添加的纳米石墨烯作为一种有效的防锈和体积填料参与整个防腐涂料化学性能。

优选地，所述改性有机聚合物的原料中改性剂为纳米氧化铝。常规的氧化铝比表面积低，具有耐高温的惰性，不属于活性氧化铝，几乎没有催化活性，本发明采用纳米氧化铝，比表面积大，孔隙率高，耐热性强，成型好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，具有较好的改性效果。

在一些优选的实施例中，所述改性有机聚合物的原料中纳米石墨烯的粒径为10-30nm，纳米钛粉的粒径为10-30nm。

优选地，所述改性有机聚合物的原料中催化剂为环氧基路易斯碱催化剂。在一些优选的实施例中使用的催化剂是一种改性的甲基苯酚，是在2，4，6分子分枝用环氧基进行改性的一种2，4，6-三(环氧基甲基)苯酚。

优选地，所述改性有机聚合物的原料中溶剂包括PMA(丙二醇甲醚醋酸酯)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、MEK(丁酮)中的至少一种。

在更有选的实施例中包括8～10质量份的有机膨润土、3～5质量份的聚酰胺蜡粉和3～5质量份的气相二氧化硅。

优选地，所述润湿分散剂为高分子接枝改性的聚酯。

优选地，所述颜填料包括40～50质量份的金红石钛白粉、2～3质量份的碳黑、150～180质量份的1250目高光硫酸钡、100～120质量份的1250目石英粉、85～120质量份的1250目滑石粉。通过加入1250目高光硫酸钡、1250目石英粉、1250目滑石粉，将不同粒径颜填料复合添加、交错排列，实现涂膜无缝填充，使涂膜的致密性和阻隔性进一步得到加强牢固。

优选地，所述渗透剂包含但不限于六甲氧甲基三聚氰胺(HMMM)等高分子材料助剂。加入环保活性剂六甲氧甲基三聚氰胺(HMMM)等助剂能够使得涂料具有在各种混凝土基材广泛的适用性、渗透性，与各种基材更好地螯合在一起，增强了涂料的防腐防护的长效性。此外涂料中添加的纳米石墨烯具有高活性悬合物配位，在应用过程中能够与六甲氧甲基三聚氰胺(HMMM)聚合反应形成非常优异的化学键与化学吸附，使整个涂料具有良好渗透性和附着力以及最佳的防腐蚀防护性能。

在使用时通常会加入固化剂与上述A组分主漆混合形成涂料，在一些优选的实施例中加入包括以下质量份原料的B组分固化剂：

在上述A组分主漆中加入含有改性脂肪族胺的固化剂能够有效激活其化学交联反应活性，以及交联后成膜致密性，大大改善了涂料实干速度、硬度和优越的附着力、漆膜的内聚力，提高了漆膜的交联密度和玻璃化转变温度，从而大幅度提高涂料的防护性以及阻止外界环境水、氧气和其他腐蚀介质渗透的性能。

进一步优选地，所述A组分主漆：B组分固化剂的质量比为4：1

进一步优选地，所述环氧促进剂为2，4，6-三(二甲基氨基甲基)苯酚。

进一步优选地，所述改性脂肪族胺为3，9双(3-胺丙基)-2，4，8，10-四氧杂螺十一烷。

本发明还提供一种上述的石墨烯涂料的制备方法，包括制备A组分主漆的步骤：

(1)制备改性有机聚合物：取包括环氧树脂、纳米石墨烯、纳米钛粉、溶剂、改性剂和催化剂的原料在8～10kg气压、200±5℃高温条件下聚合形成改性有机聚合物；

(2)加入润湿分散剂、消泡剂、有机膨润土、聚酰胺蜡粉、乙醇、气相二氧化硅、正丁醇、二甲苯、渗透剂和偶联剂搅拌分散至细度小于30μm，然后加入颜填料和纳米石墨烯搅拌至细度≤60μm，再加入二甲苯调节粘度至110-120KU/25℃。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种石墨烯涂料，通过纳米石墨烯、纳米钛粉与环氧树脂聚合形成改性有机聚合物，充分应用了纳米石墨烯SP2轨道杂化而形成多层的蜂巢晶格二维平面网络结构“迷宫效应”使得形成的改性有机聚合物内部形成一种纳米立体结构，从而使得涂料具有优异的附着力、高渗透性、强耐腐蚀性。此外加入的纳米级石墨烯、纳米钛粉，能够进一步增加涂层自我修复性，因石墨烯有许多很好的性能，如超高的比表面积(使涂层致密性好)、良好的屏蔽性能、高导电、高强度和极佳的电化学性，在一定程度上阻止和延缓了水分、腐蚀介质等侵入混凝土基体，增强了涂料的防腐防护防水的长效性，此外纳米石墨烯具有耐强酸强碱性能，延长了涂料的保质年限。本发明的石墨烯涂料具有优异的附着力、高渗透性、强耐腐蚀性，可以作为一种理想的地坪涂料。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种石墨烯涂料，包括以下质量份的原料：

A组分主漆：

改性有机聚合物，所述改性有机聚合物由400质量份环氧树脂、1质量份纳米石墨烯、30质量份纳米钛粉、13.5质量份PMA溶剂、13.5质量份NMP溶剂0.27质量份纳米氧化铝和0.05质量份的催化剂2，4，6-三(环氧基甲基)苯酚的原料重聚形成；

B组分固化剂：

本实施例中使用的环氧树脂为大分子量环氧树脂(环氧值为0.51～0.65)，金红石钛白粉、碳黑、1250目高光硫酸钡、1250目石英粉和1250目滑石粉作为颜填料，其中1250目高光硫酸钡是一种粒径为15-25μm白度高，耐硫、碱、光、热和化学性能高，吸油量10-15％，折射率为1.64的高档颜填料；所采用的1250目石英粉是一种粒径为15-30μm，二氧化硅含量为99.2％的颜填料；所采用的1250目滑石粉粒径为15-30μm，二氧化硅含量为60％的体质填料，分散剂为纳米氧化铝，催化剂为2，4，6-三(环氧基甲基)苯酚，渗透剂为六甲氧甲基三聚氰胺(HMMM)，环氧促进剂为2，4，6-三(二甲基氨基甲基)苯酚(TAP)，改性脂肪族胺为固含为100％,氢当量为95的3,9双(3-胺丙基)-2，4，8，10-四氧杂螺十一烷加成物。上述石墨烯涂料按照以下步骤制备：将大分子量环氧树脂、纳米石墨烯、纳米钛粉在改性剂和催化剂作用下，在8～10kg/cm²气压、200±5℃的高温高压条件下反应2小时，聚合形成改性有机聚合物，再加入加入润湿分散剂、消泡剂、有机膨润土、聚酰胺蜡粉、乙醇、气相二氧化硅、正丁醇、二甲苯、渗透剂和偶联剂搅拌分散至细度小于30μm，然后加入颜填料和纳米石墨烯搅拌至细度≤60μm，再加入二甲苯调节粘度至110-120KU/25℃，搅拌均匀形成A组分主漆。在另一个分散缸内加入二甲苯、正丁醇、环氧促进剂和改性脂环族胺形成B组分固化剂。将A组分主漆和B组分固化剂按质量配比4：1进行混合形成石墨烯涂料。

实施例2

本实施例提供一种石墨烯涂料，包括以下质量份的原料：

A组分主漆：

改性有机聚合物，所述改性有机聚合物由425质量份的环氧树脂、1.5质量份的纳米石墨烯、30质量份的纳米钛粉、13.5质量份的PMA溶剂、13.5质量份的NMP溶剂、0.35质量份的纳米氧化铝和0.08质量份的催化剂2，4，6-三(环氧基甲基)苯酚原料重聚形成；

B组分固化剂：

A组分主漆与B组分固化剂的质量配比为4：1，原料成分和制备方法与实施例1中相同。

实施例3

本实施例提供一种石墨烯涂料，包括以下质量份的原料：

A组分主漆：

改性有机聚合物，所述改性有机聚合物由450质量份的环氧树脂、2质量份的纳米石墨烯、25质量份的纳米钛粉、12质量份的PMA溶剂、12质量份的NMP溶剂、0.5质量份的纳米氧化铝和0.1质量份的催化剂2，4，6-三(环氧基甲基)苯酚原料重聚形成；

B组分固化剂：

A组分主漆与B组分固化剂的质量配比为4：1，原料成分和制备方法与实施例1中相同。

效果实施例1

对实施例1-3制备得到的石墨烯涂料进行性能测试，结果如表1所示。

表1实施例1-3的石墨烯涂料的性能测试结果

从表1可以看出，实施例1-3中制备的石墨烯涂料附着力均为0级，表明涂料与基体表面之间具有较强的结合能力，能够具有较长的使用寿命，保质年限比传统的涂料延长了十多倍，利于石墨烯涂料在实际中的推广应用。此外，本发明制备的石墨烯涂料同时还具有良好渗透性、耐磨性、耐水性和耐强酸强碱性能，能够达到对基材表面防尘、耐磨、防潮的高效保护，是一种非常理想的地坪涂料。

Claims (10)

1.一种石墨烯涂料，其特征在于，包括以下质量份原料的A组分主漆：

改性有机聚合物，所述改性有机聚合物由包括400～450质量份环氧树脂、1～2质量份纳米石墨烯、20～30质量份纳米钛粉、20～27质量份溶剂、0.27～0.5质量份分散剂和0.05～0.1质量份催化剂的原料重聚形成；

2.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述改性有机聚合物的原料中环氧树脂的环氧值为0.51～0.65。

3.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述改性有机聚合物的原料中分散剂为纳米氧化铝。

4.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述改性有机聚合物的原料中催化剂为环氧基路易斯碱催化剂。

5.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述改性有机聚合物的原料中溶剂包括PMA溶剂、NMP溶剂、MEK溶剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为高分子接枝改性的聚酯。

7.根据权利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述颜填料包括40～50质量份的金红石钛白粉、2～3质量份的碳黑、150～180质量份的1250目高光硫酸钡、100～120质量份的1250目石英粉、85～120质量份的1250目滑石粉。

8.根据权利要求1-7任一项所述的石墨烯涂料，其特征在于，还包括以下质量份原料的B组分固化剂：

9.根据权利要求8所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述改性脂肪族胺为3，9双(3-胺丙基)-2，4，8，10-四氧杂螺十一烷。

10.权利要求1-9任一项所述的石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括制备A组分主漆的步骤：

(1)制备改性有机聚合物：取包括环氧树脂、纳米石墨烯、纳米钛粉、溶剂、改性剂和催化剂的原料在8～10kg/cm²气压、200±5℃高温条件下聚合形成改性有机聚合物；

(2)加入润湿分散剂、消泡剂、有机膨润土、聚酰胺蜡粉、乙醇、气相二氧化硅、正丁醇、二甲苯、渗透剂和偶联剂搅拌分散至细度小于30μm，然后加入颜填料和纳米石墨烯搅拌至细度≤60μm，再加入二甲苯调节粘度至110-120KU/25℃。