CN110804378A - 一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料及其制备方法。这种水性石墨烯涂料包括以下质量份的组分：水性聚碳酸酯树脂40～60份、水分散体乳液20～40份、功能化石墨烯0.1～1份、填料5～11份、颜料0～1.5份、润湿剂0.1～3份、防锈剂0.3～2份、消泡剂0.1～1份、增稠剂0.2～1份、分散剂0.1～0.5份、水3～10份。同时也公开了这种水性石墨烯涂料的制备方法。本发明提供的水性石墨烯涂料具有无VOC排放、适用性强、抗油污能力佳，耐水性优异、环保无污染，防腐时效长等优点，可以满足铝扣板表面涂装的使用要求。

Description

一种用于铝扣板的水性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，特别是涉及一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料及其制备方法。

背景技术

铝扣板是作为一种新型的装饰材料，其表面使用各种不同的涂层加工得到各种铝扣板产品，因其颜色多、装饰性强、耐候性好、防腐蚀性好而被广泛用于室外幕墙装修和室内高档家居装饰、广告装璜等方面。铝扣板的表面处理技术主要为粉末喷涂、辊涂、热转印等。一般分为家装集成铝扣板和工程铝扣板。近年来，水性树脂及其相关技术逐步取得突破，在应用效果及性能上已不差于溶剂型涂料油墨，在环保的理念的推动下，以水替代有机溶剂的优势凸显出来。

目前用于铝扣板表面涂装用的涂料可分为溶剂烘烤型涂料、粉末涂料和水性油墨。溶剂烘烤型涂料，其VOC排放大，在涂装过程中会排放大量的有机挥发物，在车间内即使是安装有通风装置，空气残留量依然可对人体造成伤害，不符合环保政策；粉末涂料无VOC排放，但其喷涂过程中，粉尘大，同样是对人体有害；水性油墨在光泽度、附着力、耐性等性能不如溶剂烘烤型涂料，在耐高温、抗老化和抗油污上，不能达到铝扣板的使用要求。

发明内容

为了克服现有技术中铝扣板表面涂装用的涂料存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，本发明的目的之二在于提供这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，这种水性石墨烯涂料包括以下质量份的组分：水性聚碳酸酯树脂40～60份、水分散体乳液20～40份、功能化石墨烯0.1～1份、填料5～11份、颜料0～1.5份、润湿剂0.1～3份、防锈剂0.3～2份、消泡剂0.1～1份、增稠剂0.2～1份、分散剂0.1～0.5份、水3～10份；其中，水分散体乳液为改性苯丙乳液和氟化改性丙烯酸乳液的复配物；功能化石墨烯为氟化石墨烯和硅烷化改性石墨烯的复配物。

优选的，这种水性石墨烯涂料包括以下质量份的组分：水性聚碳酸酯树脂40～60份、水分散体乳液20～40份、功能化石墨烯0.5～1份、填料9～10份、颜料0.4～0.6份、润湿剂0.4～0.6份、防锈剂0.5～0.8份、消泡剂0.1～0.2份、增稠剂0.5～0.8份、分散剂0.2～0.4份、水6～8份。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料所述的水分散体乳液中，改性苯丙乳液和氟化改性丙烯酸乳液的质量比为1：(1～2)。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，氟化改性丙烯酸乳液的制备方法包括如下步骤：

S1：将1～3质量份的阴离子表面活性剂、1～3质量份的乳化剂和180～220质量份的水混合，制成乳化剂溶液；

S2：将15～20质量份的甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、45～55质量份的甲基丙烯酸丁酯和2～4质量份的甲基丙烯酸混合，再与80～120质量份的乳化剂溶液混合，超声乳化，得到单体预乳液；

S3：将80～120质量份的乳化剂溶液、80～120质量份的单体预乳液和1～3质量份的引发剂溶液混合，加热反应，然后调节pH至中性，得到氟化改性丙烯酸乳液。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S1中，阴离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸铵中的至少一种；再进一步优选的，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S1中，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；进一步优选的，乳化剂为OP-10。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S1中，阴离子表面活性剂、乳化剂和水的质量比为1:1:100。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S2中，甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和乳化剂溶液的质量比为17:50:3:100。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，引发剂为过氧化物引发剂；进一步优选的，引发剂为过硫酸盐；再进一步优选的，引发剂为过硫酸钾。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，引发剂溶液为含3wt％～6wt％引发剂的水溶液。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，加热反应的温度为70℃～90℃；加热反应的时间为3h～10h。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，反应在惰性气氛下进行；进一步优选的，反应在氮气保护下进行。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，使用氨水调节pH至中性(pH＝7)。氨水选用市售的氨水即可。

优选的，氟化改性丙烯酸乳液制备方法的S3中，乳化剂溶液、单体预乳液和引发剂溶液的质量比为50:50:1。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，改性苯丙乳液选自SK-6462B、Uacryl 4072中的至少一种。在一些优选的具体实施方式中，改性苯丙乳液选用SK-6462B。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料所述的功能化石墨烯中，氟化石墨烯和硅烷化改性石墨烯的质量比为1：(0.25～1.5)。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，氟化石墨烯的参数如下：含氟量为53wt％～65wt％；厚度为5nm～10nm；片径为4μm～10μm。在一些优选的具体实施方式中，氟化石墨烯选用氟化石墨烯XF225、GCF080中的至少一种。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，硅烷化改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：将3～8质量份的石墨烯、80～90质量份的水和3～8质量份的醇溶剂混合，加热，再加入1～5质量份的硅烷偶联剂，混合反应，将产物干燥，得到硅烷化改性石墨烯。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，醇溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的至少一种；最优选的，醇溶剂为乙醇。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，加热具体是加热至50℃～80℃；进一步优选的，加热具体是加热至60℃～70℃。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，加热的方式为水浴加热。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH580中的至少一种；最优选的，硅烷偶联剂为KH560。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，混合反应具体是在400r/min～500r/min转速下搅拌反应3h～5h；进一步优选的，混合反应具体是在450r/min转速下搅拌反应3.5h～4.5h。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，石墨烯、水、醇溶剂、硅烷偶联剂的质量比为2:35:2:1。

优选的，硅烷化改性石墨烯的制备方法中，干燥的方式为喷雾干燥。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，填料为二氧化硅包覆型水性铝银浆。所选用的二氧化硅包覆型水性铝银浆是一种耐高温的填料。进一步优选的，二氧化硅包覆型水性铝银浆选自ZW-9016、ZW-9012、CY-9112中的至少一种。在一些优选的具体实施方式中，二氧化硅包覆型水性铝银浆选用CY-9112。

这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，颜料可根据实际情况选择是否添加，所用的颜料为本领域的常见颜料，如有机颜料、无机颜料、珠光颜料；优选的，颜料可选自有机颜料黄PY152、酞菁蓝PB15:2、炭黑、铜铬黑、钛镍黄、钛铬棕、钴蓝、钴绿、氧化铁红。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，润湿剂选自TEGO-245、TEGO-270、KYC-566、KYC-515中的至少一种。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，防锈剂选自锶盐防锈体、FA-179、FA-579Z中的至少一种；锶盐防锈体可选自锶铝多磷酸盐水合物(SAPP)、改性锶铝多磷酸盐水合物(SRPP)中的至少一种。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，消泡剂选自KYC-713、KYC-716、KYC-750、TEGO Airex 902W中的至少一种。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，增稠剂选自罗门哈斯的RW-8W、RW-2020、联固的Coapur 830W、Coapur 3025中的至少一种。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，分散剂为含颜料亲和基团的聚合物分散剂；进一步优选的，分散剂选自KYC-913、BYK-190、HT-5040、BOK-3864中的至少一种。在一些优选的具体实施方式中，分散剂选用KYC-913。

优选的，这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料中，所用的水为去离子水。

本发明还提供了上述这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料的制备方法。

一种上述用于铝扣板的水性石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将分散剂、功能化石墨烯和水混合，研磨，得到石墨烯分散悬浮液；

2)将水性聚碳酸酯树脂、水分散体乳液、填料、颜料、润湿剂、防锈剂和消泡剂混合搅拌，再加入石墨烯分散悬浮液混合搅拌，然后加入增稠剂调节粘度，过滤，得到水性石墨烯涂料。

优选的，这种制备方法的步骤1)中，研磨是指用纳米研磨机以1000r/min～1500r/min的转速研磨6h～10h；进一步优选的，研磨是指用纳米研磨机以1100r/min～1300r/min的转速研磨7h～9h。

优选的，这种制备方法的步骤2)中，混合搅拌均在400r/min～500r/min的搅拌转速下进行。

优选的，这种制备方法的步骤2)中，将水性聚碳酸酯树脂、水分散体乳液、填料、颜料、润湿剂、防锈剂和消泡剂混合搅拌20min～40min，再加入石墨烯分散悬浮液混合搅拌1.5h～2.5h。

优选的，这种制备方法的步骤2)中，粘度控制为25℃下120mPa·s～200mPa·s。

优选的，这种制备方法的步骤2)中，过滤为过180目～230目滤网；最优选的，过滤为过200目滤网。

本发明的有益效果是：

本发明提供的水性石墨烯涂料具有无VOC排放、适用性强、抗油污能力佳，耐水性优异、环保无污染，防腐时效长等优点，可以满足铝扣板表面涂装的使用要求。

具体来说，本发明提供的水性石墨烯涂料采用高疏水性的改性石墨烯来增强涂层的抗油污性能及强化树脂和颜填料的耐温性和抗老化能力，其本身的耐候性强、不黄变、光泽高、附着力佳和色彩鲜艳。通过采用独特的氟化石墨烯与氟化丙烯酸乳液的复配，两者之间在相互增强固有性能的同时，还可以强化涂层整体的物理性能。另外，比表面积大的石墨烯还可以大大的提升涂层的防腐能力。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例和对比例中所用的原料说明如下：

水性聚碳酸酯树脂：选用天津天鸿新材料科技有限公司的TH-1048；

改性苯丙乳液：选用SK-6462B；

氟化石墨烯：选用XF225；

填料：选用二氧化硅包覆型水性铝银浆CY-9112；

颜料：选用有机颜料黄PY152、酞菁蓝PB15:2；

润湿剂：选用TEGO-245；

防锈剂：选用锶铝多磷酸盐水合物、FA-179；

消泡剂：选用TEGO Airex 902W、KYC-713；

增稠剂：选用罗门哈斯RW-8W、罗门哈斯RW-2020、联固Coapur 830W；

分散剂：选用KYC-913。

氟化改性丙烯酸乳液的制备方法如下：

S1：在装有搅拌、回流冷凝管的四口烧瓶中，加入200质量份的去离子水、2质量份的十二烷基硫酸钠和2质量份的OP-10乳化剂，搅拌30分钟，得到乳化剂溶液。

S2：在一个玻璃反应釜中，分别投入17质量份的甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、50质量份的甲基丙烯酸丁酯和3质量份甲基丙烯酸混合均匀后，将S1得到的100质量份乳化剂溶液加入玻璃反应釜中，搅拌均匀后，再超声乳化1小时，得到单体预乳液。

S3：将100质量份乳化剂溶液升温至80℃，在氮气保护下，滴加100质量份单体预乳液和2质量份的过硫酸钾水溶液(质量百分比为4wt％)，滴加时间为3小时，继续反应7小时，后用氨水将乳液的pH值调至中性，即得到氟化改性丙烯酸乳液。

硅烷化改性石墨烯的制备方法如下：

将5质量份的石墨烯、87.5质量份的水和5质量份的乙醇混料后，水浴加热至65℃，缓慢将2.5质量份的KH-560加入物料中，以450r/min转速搅拌反应4小时，待物料冷却至室温后，移至喷雾干燥区进行喷雾干燥，留待备用。

实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

实施例1

本例的涂料组成配比如表1所示。

表1实施例1的涂料组成配比

原料	质量份
		TH-1048	60
SK-6462B	10
		氟化改性丙烯酸乳液	10
XF225	0.2
		硅烷化改性石墨烯	0.3
锶铝多磷酸盐水合物	0.5
		RW-2020	0.6
CY-9112	9.2
		有机颜料黄PY152	0.5
KYC-713	0.15
		去离子水	7.75
KYC-913	0.3
		TEGO-245	0.5

本例这种用于铝扣板的水性石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将分散剂KYC-913、氟化石墨烯XF225、硅烷化改性石墨烯和去离子水按表1的配比加入研磨缸中，混料均匀后，用纳米研磨机以1200r/min研磨8小时，出料后得到石墨烯分散悬浮液；

2)将水性聚碳酸酯树脂TH-1048、改性苯丙乳液SK-6462B、氟化改性丙烯酸乳液、二氧化硅包覆型水性铝银浆CY-9112、有机颜料黄PY152、锶铝多磷酸盐水合物、消泡剂KYC-713和润湿剂TEGO-245投料混合，以450r/min转速搅拌分散30分钟，再加入石墨烯分散悬浮液混合，继续搅拌2小时，然后加入增稠剂RW-2020调节粘度，最后经过200目过滤网过滤，得到水性石墨烯涂料。

实施例2

本例的涂料组成配比如表2所示。

表2实施例2的涂料组成配比

原料	质量份
		TH-1048	50
SK-6462B	10
		氟化改性丙烯酸乳液	20
XF225	0.4
		硅烷化改性石墨烯	0.1
锶铝多磷酸盐水合物	0.5
		Coapur 830W	0.5
CY-9112	9.8
		酞菁蓝PB15:2	0.5
TEGO Airex 902W	0.15
		去离子水	7.45
FA-179	0.3
		TEGO-245	0.5
KYC-913	0.3

实施例2的水性石墨烯涂料与实施例1的制备方法不同之处仅在于，按照表2的组成投加物料，其余制备方法均相同。

实施例3

本例的涂料组成配比如表3所示。

表3实施例3的涂料组成配比

实施例3的水性石墨烯涂料与实施例1的制备方法不同之处仅在于，按照表3的组成投加物料，其余制备方法均相同。

对比例1

本例的涂料组成配比如表4所示。

表4对比例1的涂料组成配比

原料	质量份
		水性聚氨酯乳液PU-6530	60
SK-6462B	10
		氟化改性丙烯酸乳液	10
XF225	0.2
		硅烷化改性石墨烯	0.3
锶铝多磷酸盐水合物	0.5
		RW-2020	0.6
CY-9112	9.2
		有机颜料黄PY152	0.5
KYC-713	0.15
		去离子水	7.75
KYC-913	0.3
		TEGO-245	0.5

对比例1的水性石墨烯涂料与实施例1的制备方法不同之处仅在于，按照表4的组成投加物料，其余制备方法均相同。

对比例2

本例的涂料组成配比如表5所示。

表5对比例2的涂料组成配比

原料	质量份
		TH-1048	60
SK-6462B	20
		XF225	0.2
硅烷化改性石墨烯	0.3
		锶铝多磷酸盐水合物	0.5
RW-2020	0.6
		CY-9112	9.2
有机颜料黄PY152	0.5
		KYC-713	0.15
去离子水	7.75
		KYC-913	0.3
TEGO-245	0.5

对比例2的水性石墨烯涂料与实施例1的制备方法不同之处仅在于，按照表5的组成投加物料，其余制备方法均相同。

对比例3

本例的涂料组成配比如表6所示。

表6对比例3的涂料组成配比

对比例3的水性石墨烯涂料与实施例1的制备方法不同之处仅在于，按照表6的组成投加物料，其余制备方法均相同。

将实施例1～3和对比例1～3制得的水性石墨烯涂料使用喷枪进行喷涂铝扣板，在180℃下烘烤5分钟，控制干膜厚度约为25μm。样板养护后按国标进行性能测试，测试结果如表7所示。表7中的测试项目检测标准分别对应如下：

平均厚度：GB/T 4957-2003；

光泽：GB/T 9754-2007；

附着性：GB/T 9286-1998；

硬度：GB/T 6739-2006；

耐冲击：GB/T 1732-1993；

耐盐酸性：GB/T 5237.5-2008；

耐硝酸性：GB/T 5237.5-2008；

耐溶剂性：GB/T 5237.5-2008；

耐砂浆性：GB/T 5237.5-2008；

中性盐雾测试：GB/T 10125；

人工加速耐候性：GB/T 1865；

抗紫外线测试：ASTM D4587-11。

表7实施例和对比例涂料测试结果

通过检测结果可知，与对比例的涂料相比，本发明通过将硅烷化改性石墨烯、氟化石墨烯和氟化改性丙烯酸乳液应用于涂料中，利用石墨烯本身的结构特点和物理性能，抑制水、腐蚀物对漆膜的浸润与渗透，起到物理方法作用。同时，氟化改性丙烯酸乳液作为成膜物质的一部分，可以有效提高漆膜的疏水性，提升漆膜的耐水性、耐盐雾性，且抗油污好。基于水性环保的特点，不含有害成分，在生产和使用过程中，不会造成对人体的伤害和环境的影响。其应用范围十分广泛，可使用于家居装饰、广告装潢、绿景建材等。本发明的这种铝扣板用涂料还具有色彩艳丽，装饰效果佳等优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：包括以下质量份的组分：水性聚碳酸酯树脂40～60份、水分散体乳液20～40份、功能化石墨烯0.1～1份、填料5～11份、颜料0～1.5份、润湿剂0.1～3份、防锈剂0.3～2份、消泡剂0.1～1份、增稠剂0.2～1份、分散剂0.1～0.5份、水3～10份；

所述水分散体乳液为改性苯丙乳液和氟化改性丙烯酸乳液的复配物；

所述功能化石墨烯为氟化石墨烯和硅烷化改性石墨烯的复配物。

2.根据权利要求1所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述水分散体乳液中，改性苯丙乳液和氟化改性丙烯酸乳液的质量比为1：(1～2)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述氟化改性丙烯酸乳液的制备方法包括如下步骤：

S1：将1～3质量份的阴离子表面活性剂、1～3质量份的乳化剂和180～220质量份的水混合，制成乳化剂溶液；

S2：将15～20质量份的甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、45～55质量份的甲基丙烯酸丁酯和2～4质量份的甲基丙烯酸混合，再与80～120质量份的乳化剂溶液混合，超声乳化，得到单体预乳液；

S3：将80～120质量份的乳化剂溶液、80～120质量份的单体预乳液和1～3质量份的引发剂溶液混合，加热反应，然后调节pH至中性，得到氟化改性丙烯酸乳液。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述改性苯丙乳液选自SK-6462B、Uacryl 4072中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述功能化石墨烯中，氟化石墨烯和硅烷化改性石墨烯的质量比为1：(0.25～1.5)。

6.根据权利要求1或5所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述硅烷化改性石墨烯的制备方法包括如下步骤：将3～8质量份的石墨烯、80～90质量份的水和3～8质量份的醇溶剂混合，加热，再加入1～5质量份的硅烷偶联剂，混合反应，将产物干燥，得到硅烷化改性石墨烯。

7.根据权利要求1所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述填料为二氧化硅包覆型水性铝银浆。

8.根据权利要求1所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述防锈剂选自锶盐防锈体、FA-179、FA-579Z中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种用于铝扣板的水性石墨烯涂料，其特征在于：所述分散剂为含颜料亲和基团的聚合物分散剂。

10.一种权利要求1～9任一项所述用于铝扣板的水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将分散剂、功能化石墨烯和水混合，研磨，得到石墨烯分散悬浮液；

2)将水性聚碳酸酯树脂、水分散体乳液、填料、颜料、润湿剂、防锈剂和消泡剂混合搅拌，再加入石墨烯分散悬浮液混合搅拌，然后加入增稠剂调节粘度，过滤，得到水性石墨烯涂料。