CN115960532A - 一种石墨烯抗切割涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯抗切割涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯在一定条件下溶于水性聚氨酯乳液中，得到A组分；(2)在一定条件下将抗切割粒子与手性分子接枝，得到B组分；(3)将A、B组分在一定条件下混合均匀，并添加助剂，得到涂料。本发明制备的石墨烯抗切割涂料具有良好的抗切割性能，并且还具有优异的保暖功能和远红外发热功能，同时本发明的制备方法简单，效果明显，可以广泛应用于纺织品、家纺等领域。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种石墨烯抗切割涂料的制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
氧化石墨烯(GO)由于具有较为丰富的羧基、羟基以及环氧基，使其在溶剂中的分散性更好，因而实际应用中多以GO为主，再经过后期还原得到石墨烯(还原氧化石墨烯，RGO)。充分利用石墨烯的特性和功能，嫁接至纺织纤维和织物上，可扩大其用途，特别在高端纺织品的发展和应用方面潜力较大。
利用石墨烯制备涂料，应用于纺织品、家纺等领域同样存在一些问题，例如抗切割性能不足等。目前，国内外尚且缺少如何改进石墨烯抗切割性能的报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种石墨烯抗切割涂料的制备方法，针对传统抗切割纤维在加工熔融阶段添加氧化石墨烯或石墨烯等抗切割粒子，导致纤维的强度和性能降低的技术问题，本发明的抗切割涂料可以用于纤维或布料后处理即可使产品具有优异的抗切割性能，操作简单，对纤维性能几乎没有明显的影响。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供了石墨烯抗切割涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯在一定条件下溶于水性聚氨酯乳液中，得到A组分；
(2)在一定条件下将抗切割粒子与手性分子接枝，得到B组分；
(3)将A、B组分在一定条件下混合均匀，并添加助剂，得到具有优异抗切割性能的涂料。
优选的，步骤(1)中水性聚氨酯包括阴离子聚醚型水性聚氨酯、阴离子聚酯型水性聚氨酯中的一种或几种，所述水性聚氨酯乳液固含量为30-50％，基于A组分总重的添加量为95-99％。
优选的，步骤(1)中氧化石墨烯是质量浓度为0.3％-2％的氧化石墨烯分散液，基于A组分总重的添加量为1-5％。
优选的，步骤(1)中实验条件是常温下机械搅拌2-5h。
优选的，步骤(2)中抗切割粒子包括二氧化硅、碳化硅、玻纤、碳纤维中的一种或几种。
更为优选的，所述抗切割粒子的粒径为1-5μm，基于B组分总重的添加量为1.5-6％。若添加量低于1.5％，导致制备的涂料没有切割性能；若添加量高于6％，抗切割粒子与手性分子不能很好的接枝，易出现杂乱排列的现象。
优选的，步骤(2)中手性分子包括乳酸、氨基酸中的一种或几种，基于B组分总重的添加量为94-98.5％。
优选的，步骤(2)中反应条件是在50-80℃下搅拌1-5h。
优选的，步骤(3)中反应条件是常温下机械搅拌5-10h。
优选的，步骤(3)中各组分的质量百分比：A组分为73-88％、B组分为9-19％、助剂为3-8％。若B组分添加量低于9％，含有功能粒子添加太少，导致没有抗切割功能；若B组分添加量高于19％，造成涂料涂覆纤维后手感太差，纤维掉粉。
优选的，步骤(3)中所述助剂为粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇中的任意一种。
第二方面，本发明提供了石墨烯抗切割涂料的应用。具体来说，将制得的石墨烯抗切割涂料涂覆在手套上，使得手套的抗切割等级可以达到欧标3级以上。
本发明制备的涂料具有优异的抗切割性能和保暖性能，其中抗切割性能是剪切作用下的性能指标，与抗冲击性能不同，抗冲击性能是在冲击载荷作用下使用的性能指标。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制备的功能性保暖纤维具有优异的保暖功能，而且由于石墨烯特殊的网络二维结构同时赋予纤维远红外发热功能。
(2)本发明通过抗切割粒子与手性分子接枝，从而将抗切割粒子在涂料中有序排列，具使其有一定的序构性，从而在纤维涂覆过程中增加其抗切割性能。
(3)本发明制备的抗切割涂料具有优异的均一性和有序性，可以整齐排列在纤维表面，有效增强纤维的抗切割性能。
(4)本发明的制备方法简单，效果明显，可以广泛应用于纺织品、家纺等领域。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1中抗切割涂覆纤维后的显微图像。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不用来限制本发明的范围。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
按质量百分比，将3％的质量浓度为1％的氧化石墨烯分散液加入到97％的固含量为40％的阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液中，常温下机械搅拌3h，使氧化石墨烯溶于到阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液，得到A组分。
将4％的粒径为3μm的碳纤维与96％乳酸混合，在温度为60℃的条件下搅拌3h，进行接枝反应，得到B组分。
将80％A组分和15％B组分在常温下机械搅拌7h，混合均匀，再添加5％聚乙烯醇，得到石墨烯抗切割涂料，具体的抗切割涂覆纤维后的显微图像如图1所示。
实施例2
按质量百分比，将3％的质量浓度为1％的氧化石墨烯分散液加入到97％的固含量为40％的阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液中，常温下机械搅拌3h，使氧化石墨烯溶于到阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液，得到A组分。
将4％的粒径为3μm的碳化硅与96％乳酸混合，在温度为60℃的条件下搅拌3h，进行接枝反应，得到B组分。
将80％A组分和15％B组分在常温下机械搅拌7h，混合均匀，再添加5％聚乙烯醇，得到石墨烯抗切割涂料。
实施例3
按质量百分比，将3％的质量浓度为1％的氧化石墨烯分散液加入到97％的固含量为40％的阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液中，常温下机械搅拌3h，使氧化石墨烯溶于到阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液，得到A组分。
将4％的粒径为3μm的碳化硅与96％氨基酸混合，在温度为60℃的条件下搅拌3h，进行接枝反应，得到B组分。
将80％A组分和15％B组分在常温下机械搅拌7h，混合均匀，再添加5％聚乙二醇，得到石墨烯抗切割涂料。
实施例4
按质量百分比，将1％的质量浓度为1％的氧化石墨烯分散液加入到99％的固含量为30％的阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液中，常温下机械搅拌3h，使氧化石墨烯溶于到阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液，得到A组分。
将1.5％的粒径为1μm的碳纤维与98.5％乳酸混合，在温度为60℃的条件下搅拌3h，进行接枝反应，得到B组分。
将73％A组分和19％B组分在常温下机械搅拌7h，混合均匀，再添加8％聚乙烯醇，得到石墨烯抗切割涂料。
实施例5
按质量百分比，将5％的质量浓度为1％的氧化石墨烯分散液加入到95％的固含量为50％的阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液中，常温下机械搅拌3h，使氧化石墨烯溶于到阴离子聚醚型水性聚氨酯乳液，得到A组分。
将6％的粒径为5μm的碳纤维与94％乳酸混合，在温度为60℃的条件下搅拌3h，进行接枝反应，得到B组分。
将88％A组分和9％B组分在常温下机械搅拌7h，混合均匀，再添加3％聚乙烯醇，得到石墨烯抗切割涂料。
对比例1
本对比例与实施例1的组分及制备方法基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用不添加乳酸，直接将A组分与碳纤维进行步骤(3)。
对比例2
本对比例与实施例1的组分及制备方法基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用不添加碳纤维，直接将A组分与乳酸进行步骤(3)。
对比例3
本对比例与实施例1的组分及制备方法基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用的手性分子为磷霉素钙。
效果验证：
将各实施例和对比例制得的涂料涂覆在手套上，对手套进行EN388抗切割测试，测试结果如表1所示。
表1
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种石墨烯抗切割涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯在一定条件下溶于水性聚氨酯乳液中，得到A组分；
(2)在一定条件下将抗切割粒子与手性分子接枝，得到B组分；
(3)将A、B组分在一定条件下混合均匀，并添加助剂，得到涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水性聚氨酯包括阴离子聚醚型水性聚氨酯、阴离子聚酯型水性聚氨酯中的一种或几种，所述水性聚氨酯乳液固含量为30-50％，基于A组分总重的添加量为95-99％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化石墨烯是质量浓度为0.3％-2％的氧化石墨烯分散液，基于A组分总重的添加量为1-5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述条件是常温下机械搅拌2-5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中抗切割粒子包括二氧化硅、碳化硅、玻纤、碳纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述抗切割粒子的粒径为1-5μm，基于B组分总重的添加量为1.5-6％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中手性分子包括乳酸、氨基酸中的一种或几种，基于B组分总重的添加量为94-98.5％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中反应条件是在50-80℃下搅拌1-5h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中基于涂料总重，各组分的质量百分比为：A组分73-88％、B组分9-19％、助剂3-8％。
10.一种石墨烯抗切割涂料的应用，将权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得的石墨烯抗切割涂料涂覆在手套上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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