CN110835491A - 一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法，通过同时添加少量的石墨烯和碳纳米管材料，使得地坪涂层在二维和三维方向上形成连续的导电通路，从而具备稳定的导静电性能。

Description

一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑地坪用涂料，具体涉及一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电涂料及其制备方法。
背景技术
防静电地坪漆主要适用于电子、微电子、计算机、精密仪器、纺织厂、电脑房、印刷厂、航天、生产及堆放易爆物品的场所。主要的作用是导静电，避免作业场所积蓄过多的静电。避免静电积蓄产生火花造成灾害。防静电地坪漆中最关键的材料是导电的材料，常用的导电材料主要包括导电纤维类、导电云母粉类、导电金属粉末、导电炭黑和石墨等。这几类传统的导电材料都有各自的优缺点，比如导电性能不稳定、用量大、易沉降。并且很容易出现地坪裂纹及导电带断裂的情况，导电系数不稳定，使用寿命短，使得维护保养成本较高。
石墨烯特殊的结构决定了其拥有很多神奇的、优异的物理性能，而电学性能是其目前研究应用最广的一种性能，其电导率为106S/m，电子传输特性好，是目前为止所发现的在室温下导电性能最好的材料经研究发现，地坪漆中加入石墨烯导电填料，表面电阻能达到104-106，但表面电阻值不稳定，并且体积电阻值较大。主要原因是由于石墨烯是二维材料，当石墨烯用量较低时，石墨烯容易上浮到地坪漆表面，使得地坪漆具有较好的表面电阻，但体积电阻值很大，只有增加石墨烯的含量，让石墨烯相互连接接触形成有效导电通路才能同时具有较低的表面电阻和体积电阻。但石墨烯添加量增大，使得分散困难和成本增加。
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管也具有良好的导电性能。但是，由于高长径比、未化学改性的碳纳米管很难分散，需要添加大量的稀释剂，采用特殊的分散设备才能制备低浓度的碳纳米管，所以，碳纳米管很难大规模应用到防静电地坪涂料中。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于:该涂料为A、B双组分，其中：
所述A组分包括：环氧树脂750～1000份，稀释剂50～200份，石墨烯0.5～2份、碳纳米管0.5～2份，润湿分散剂1～4份。优选地，所述A组分中石墨烯和碳纳米管的质量比为(0.5～1)：1。更为优选为0.8：1。
所述B组分包括低粘度的环氧类固化剂。
使用时，将上述A组分和B组按照(4～8)：1的比例混合。
进一步，所述A组分中环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。优选地，所述A组分中环氧树脂选自：CYD-128、CYD134、CYD115、E-44，更为优选CYD-128。
进一步，所述A组分中稀释剂选自：二甲苯、苯甲醇、丁醇、二丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种混合。其中优选为苯甲醇。
进一步，所述A组分中石墨烯是高导电石墨烯粉末，平均层数为3-6层，片层尺寸为5-15μm。
进一步，所述A组分中碳纳米管为高长径比多壁碳纳米管。优选地，所述A组分中碳纳米管OD为8-15nm，长度为30-50μm。
进一步，所述A组分中润湿分散剂为涂料用油性润湿分散剂，如
Figure BDA0002276055720000022
Gen0755、
Figure BDA0002276055720000021
Gen 0451、BYK110和BYK-AT203等。
进一步，所述B组分中固化剂选自：低粘度的改性脂环胺类(如H-3316、LS1134、M-618B等)、改性脂肪胺类(如改性脂肪胺593等)或低分子量的聚酰胺类(如聚酰胺651、140、125等)
本发明还提供了上述所述石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料的制备方法，其特征在于：
A组分的制备：
S1：按照配比，准确称量环氧树脂、稀释剂和分散剂并置于同一容器中混合后分散，使其混合均匀。
S2：按照配比，准确称量石墨烯粉末和碳纳米管粉末，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到所述容器中，继续搅拌，得到预分散液。
S3：将所述预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散，得到研磨的分散液，即A组分。
进一步，S2步骤中，加完石墨烯和碳纳米管后进行高速预分散的搅拌速度是1500～3000r/min，预分散时间是2～4h，使石墨烯和碳纳米管充分润湿。
进一步，所述S3步骤中，研磨分散时间是2～4h。
上述石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料的使用方法是：在施工前，将A和B组分混合。具体包括以下步骤：
1〕将A组分在容器内搅拌均匀。
2〕将B组分全部加入到A组分中，搅拌至少两分钟直至混合物均匀一致。进一步，采用慢速搅拌电机搅拌，其速度是300～400rpm。
3〕将上述混合物转移到另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀，避免过度搅拌而带入过多的空气。
本发明将高导电的石墨烯和碳纳米管一起作为导电填料加入到防静电地坪涂料中，解决了单独使用石墨烯作为导电填料加入到防静电地坪涂料中出现的使用量大、体积电阻值大的问题，以及单独使用碳纳米管作为导电填料制备防静电地坪涂料遇到的分散困难问题。
本发明的有益效果是：
(1)降低了导电材料(石墨烯和碳纳米管)的添加量。
(2)地坪涂层在二维和三维方向上形成连续的导电通路，具有稳定的导静电性能，即具有稳定和低的表面电阻和体积电阻。
(3)大大降低了溶剂稀释剂的使用量，环保性能突出；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法如下：
S1：石墨烯和碳纳米管的预分散
在铁桶中准确称量CYD134环氧树脂800g、二丙二醇甲醚醋酸酯稀释剂120g和分散剂
Figure BDA0002276055720000031
Gen 0755 1g，然后在高速分散机上搅拌10min，搅拌速度1000r/min，使三种成分充分混合均匀。准确称量高导电石墨烯粉末0.5g和碳纳米管粉末0.5g，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到铁桶中，加完后以1500r/min的速度进行高速预分散2h，得到预分散液。
所述石墨烯是高导电石墨烯粉末，平均层数为4层，片层尺寸为10μm。所述碳纳米管为多壁碳纳米管，OD为8nm，长度为30μm。
S2：石墨烯和碳纳米管分散液的研磨
将S1步骤中得到的预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散3h，得到研磨的分散液，即A组分。
S3：准确称量200g改性脂环胺类H-3316固化剂，直接作为B组分使用。
A、B组分的混合
在施工前，将A、B两组分混合均匀。在混合前，用慢速电动搅拌机以300r/min的速度把A组分搅拌均匀，然后把B组分全部加入到A组分中，搅拌两分钟直至混合物均匀一致。为确保充分混合，将材料倒入另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。避免过度搅拌而带入过多的空气。
实施例2
一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法如下：
S1：石墨烯和碳纳米管的预分散
在铁桶中准确称量CYD128环氧树脂750g、苯甲醇稀释剂100g和分散剂Gen 0451 2g，然后在高速分散机上搅拌10min，搅拌速度1000r/min，使三种成分充分混合均匀。准确称量高导电石墨烯粉末0.8g和碳纳米管粉末1.2g，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到铁桶中，加完后以2000r/min的速度进行高速预分散2.5h，得到预分散液。
所述石墨烯是高导电石墨烯粉末，平均层数为3层，片层尺寸为6μm。所述碳纳米管为多壁碳纳米管，OD为10nm，长度为50μm。
S2：石墨烯和碳纳米管分散液的研磨
将S1步骤中得到的预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散4h，得到研磨的分散液，即A组分。
S3：准确称量250g改性脂肪胺593固化剂，直接作为B组分使用。
A、B组分的混合
在施工前，将A、B两组分混合均匀。在混合前，用慢速电动搅拌机以300r/min的速度把A组分搅拌均匀，然后把B组分全部加入到A组分中，搅拌两分钟直至混合物均匀一致。为确保充分混合，将材料倒入另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。避免过度搅拌而带入过多的空气。
实施例3
一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法如下：
S1：石墨烯和碳纳米管的预分散
在铁桶中准确称量E-44环氧树脂900g、苯甲醇稀释剂150g和分散剂BYK110 3g，然后在高速分散机上搅拌10min，搅拌速度1000r/min，使三种成分充分混合均匀。准确称量高导电石墨烯粉末1.6g和碳纳米管粉末2g，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到铁桶中，加完后以2500r/min的速度进行高速预分散3h，得到预分散液。
所述石墨烯是高导电石墨烯粉末，平均层数为5层，片层尺寸为15μm。所述碳纳米管为多壁碳纳米管，OD为15nm，长度为50μm。
S2：石墨烯和碳纳米管分散液的研磨
将S1步骤中得到的预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散4h，得到研磨的分散液，即A组分。
S3：准确称量300g聚酰胺651固化剂，直接作为B组分使用。
A、B组分的混合
在施工前，将A、B两组分混合均匀。在混合前，用慢速电动搅拌机以400r/min的速度把A组分搅拌均匀，然后把B组分全部加入到A组分中，搅拌两分钟直至混合物均匀一致。为确保充分混合，将材料倒入另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。避免过度搅拌而带入过多的空气。
对比实验1
一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法如下：
S1：石墨烯的预分散
在铁桶中准确称量CYD128环氧树脂750g、苯甲醇稀释剂180g和分散剂
Figure BDA0002276055720000051
Gen 0451 2g，然后在高速分散机上搅拌10min，搅拌速度1000r/min，使三种成分充分混合均匀。准确称量高导电石墨烯粉末2g(平均层数为3层，片层尺寸为6μm)，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到铁桶中，加完后以1500r/min的速度进行高速预分散2h，得到预分散液。
S2：石墨烯和碳纳米管分散液的研磨
将S1步骤中得到的预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散4h，得到研磨的分散液，即A组分。
S3：准确称量250g改性脂肪胺593固化剂，直接作为B组分使用。
A、B组分的混合
在施工前，将A、B两组分混合均匀。在混合前，用慢速电动搅拌机以300r/min的速度把A组分搅拌均匀，然后把B组分全部加入到A组分中，搅拌两分钟直至混合物均匀一致。为确保充分混合，将材料倒入另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。避免过度搅拌而带入过多的空气。
对比实验2
一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料及其制备方法如下：
S1：石墨烯和碳纳米管的预分散
在铁桶中准确称量CYD128环氧树脂750g、苯甲醇稀释剂200g和分散剂
Figure BDA0002276055720000052
Gen 0451 2g，然后在高速分散机上搅拌10min，搅拌速度1000r/min，使三种成分充分混合均匀。准确称量碳纳米管粉末2g(为多壁碳纳米管，OD为10nm，长度为50μm)，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到铁桶中，加完后以2500r/min的速度进行高速预分散3h，得到预分散液。
S2：碳纳米管分散液的研磨
将S1步骤中得到的预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散4h，得到研磨的分散液，即A组分。
S3：准确称量250g改性脂肪胺593固化剂，直接作为B组分使用。
A、B组分的混合
在施工前，将A、B两组分混合均匀。在混合前，用慢速电动搅拌机以300r/min的速度把A组分搅拌均匀，然后把B组分全部加入到A组分中，搅拌两分钟直至混合物均匀一致。为确保充分混合，将材料倒入另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。避免过度搅拌而带入过多的空气。
以下为上述实施例按照相应的国家标准进行性能测试，测试结果如下表：
Figure BDA0002276055720000061
由上表可见，制得的石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪漆具有优异的综合性能，尤其是在导电性方面，相比单独添加石墨烯或碳纳米管的防静电地坪漆，本发明的具有更低的表面电阻和体积电阻，更稳定的防静电性能。
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内。

Claims (10)

1.一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于:该涂料为所述A、B双组分，其中：
所述A组分包括：环氧树脂750～1000份，稀释剂50～200份，石墨烯0.5～2份、碳纳米管0.5～2份，润湿分散剂1～4份；
所述B组分包括低粘度的环氧类固化剂；
使用时，将上述A组分和B组按照4～8:1的比例混合。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述A组分中环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。
3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述A组分中稀释剂选自：二甲苯、苯甲醇、丁醇、二丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1或3所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述A组分中石墨烯是高导电石墨烯粉末。
5.根据权利要求1或3所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述A组分中碳纳米管为高长径比多壁碳纳米管。
6.根据权利要求1或3所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述A组分中润湿分散剂为涂料用油性润湿分散剂。
7.根据权利要求1或3所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料，其特征在于：所述B组分中固化剂选自：低粘度的改性脂环胺类、改性脂肪胺类或低分子量的聚酰胺类。
8.权利要求1～7中任意一项所述石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料的制备方法，其特征在于：
A组分的制备：
S1：按照配比，准确称量环氧树脂、稀释剂和分散剂并置于同一容器中混合后分散，使其混合均匀。
S2：按照配比，准确称量石墨烯粉末和碳纳米管粉末，然后在搅拌的情况下缓慢地加入到所述容器中，继续搅拌，得到预分散液。
S3：将所述预分散液用纳米砂磨机进行研磨分散，得到研磨的分散液，即A组分。
9.根据权利要求8所述的一种石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料的制备方法，其特征在于：
S2步骤中，加完石墨烯和碳纳米管后进行高速预分散的搅拌速度是1500～3000r/min，预分散时间是2～4h。
所述S3步骤中，研磨分散时间是2～4h。
10.权利要求1～9中任意一项所述石墨烯和碳纳米管复合的防静电地坪涂料的使用方法，其特征在于，在施工前，将A和B组分混合，包括以下步骤：
1〕将A组分在容器内搅拌均匀；
2〕将B组分全部加入到A组分中，搅拌至少两分钟直至混合物均匀一致；
3〕将上述混合物转移到另外一个容器内，并再次搅拌使之混合均匀。
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