一種石墨烯增強(qiáng)水基涂料、其制備和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)，涉及一種紫外激發(fā)石墨烯增強(qiáng)的水基涂料。
【背景技術(shù)】
[0002]水基涂料是一類以水為分散介質(zhì)的有機(jī)防護(hù)涂料，涂覆固化后的涂層具有與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑型涂料相似或相當(dāng)?shù)姆雷o(hù)能力或功能特性，可廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域，具有節(jié)約能源、環(huán)境友好、施工簡便等優(yōu)勢，越來越成為未來涂料行業(yè)的主力軍。由于水基涂料分散介質(zhì)的特殊性，許多傳統(tǒng)溶劑型涂料中使用的功能性組分無法直接添加到水基涂料中，造成了水基涂料防腐、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、強(qiáng)度等方面的不足。
[0003]石墨烯是近年研究進(jìn)展較快的一種材料，由于其二維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)而展現(xiàn)出了極為優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等方面的性能，并且由于尺寸效應(yīng)和超高比表面積，石墨烯材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于防腐領(lǐng)域。目前較為經(jīng)濟(jì)可行的石墨烯應(yīng)用方法是氧化還原法，即從塊狀石墨出發(fā)，使用強(qiáng)氧化性物質(zhì)將其氧化，引起層間排斥作用而較易分離成為氧化石墨烯，再將氧化石墨稀還原得到石墨稀加以應(yīng)用。如中國專利CN103131232A公開了一種水性石墨稀導(dǎo)電涂料，該涂料以水性聚酯為成膜物，將氧化石墨烯溶于水后滴加水合肼進(jìn)行還原，之后形成涂料。其不足之處在于:水合肼具有較大毒性，造成環(huán)境污染，且存在去除和石墨烯還原度不足等問題。中國專利CN103740152A公開了一種石墨烯改性的水性防腐涂料，該涂料將石墨烯或改性石墨烯添加到富鋅或富鋁乳液中，從而增強(qiáng)防腐能力。其不足之處在于:石墨烯在介質(zhì)中可能引起嚴(yán)重的團(tuán)聚，無法發(fā)揮石墨烯的結(jié)構(gòu)和功能特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提出一種改進(jìn)的紫外激發(fā)石墨烯增強(qiáng)的水基涂料配方、其制備方法和使用方法，以便消除使用水合肼產(chǎn)生的較大毒性，避免環(huán)境污染；同時(shí)克服石墨烯在介質(zhì)中可能發(fā)生的團(tuán)聚問題，解決石墨烯的分散問題，最大程度發(fā)揮石墨烯的性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種石墨烯增強(qiáng)水基涂料，其特征在于，它由組分I和組分
II混合而成，組分I和組分II的重量比為100:15?30 ;組分I是成膜物、石墨烯分散液和填料的混合物，成膜物占混合物重量的30%，石墨烯分散液占混合物重量的10%?40%，余量為填料；成膜物為環(huán)氧樹脂乳液或丙烯酸樹脂乳液；石墨烯分散液為氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑的混合物，氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑三者的重量比為1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯為10層以下結(jié)構(gòu)，納米半導(dǎo)體為表面改性的氧化鋅粉體、氧化鈦粉體、氧化鐵粉體或氧化鎢粉體中的一種或幾種，粉體粒徑為20nm?50nm，溶劑為水、乙醇、異丙醇的其中一種或幾種的混合物；填料是滑石粉、云母粉、輕質(zhì)碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的混合物，滑石粉、云母粉、輕質(zhì)碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的重量比為3:1:3:2:1 ;組分II為成膜物的交聯(lián)劑，其中，成膜物為環(huán)氧樹脂乳液時(shí)，組分II為胺加成物，成膜物為丙烯酸樹脂乳液時(shí)，組分II為異氰酸酯。
[0006]如上面所述的石墨烯增強(qiáng)水基涂料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下:
[0007]1、制備組分1:
[0008]1.1、制備石墨烯分散液:按比例分別稱取氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑，混合后在100W?150W功率下超聲波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0009]1.2、配料:按比例分別稱取成膜物、石墨烯分散液和填料；
[0010]1.3、研磨:向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工攪拌至少lmin，然后放入砂磨機(jī)研磨，直至細(xì)度低于40 μ m后出料，得到組分I ;
[0011]2、混合組分I和組分I1:按比例稱取組分I和組分II，然后混合，手工攪拌至少lmin,即得到石墨稀增強(qiáng)水基涂料。
[0012]如上面所述石墨烯增強(qiáng)水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步驟如下:
[0013]1、基底預(yù)處理:用砂紙將待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
[0014]2、涂覆:向基底表面刷涂或使用噴槍噴涂石墨烯增強(qiáng)水基涂料，涂覆厚度為
0.01mm ?1mm ；
[0015]3、固化:將涂覆的石墨烯增強(qiáng)水基涂料涂層在常溫環(huán)境下固化7天?9天，然后使用紫外光源對石墨烯增強(qiáng)水基涂料涂層照射0.5h?3h ;紫外光源的波長為紫外全波段波長，功率密度為30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:提出了一種改進(jìn)的紫外激發(fā)石墨烯增強(qiáng)的水基涂料配方、其制備方法和使用方法，消除了使用水合肼產(chǎn)生的較大毒性，避免了環(huán)境污染；同時(shí)克服了石墨烯在介質(zhì)中可能發(fā)生的團(tuán)聚問題，解決了石墨烯的分散問題，最大程度發(fā)揮了石墨烯的性會泛。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種石墨烯增強(qiáng)水基涂料，其特征在于，它由組分I和組分II混合而成，組分I和組分II的重量比為100:15?30 ;組分I是成膜物、石墨烯分散液和填料的混合物，成膜物占混合物重量的30%，石墨烯分散液占混合物重量的10%?40%，余量為填料；成膜物為環(huán)氧樹脂乳液或丙烯酸樹脂乳液；石墨烯分散液為氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑的混合物，氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑三者的重量比為1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯為10層以下結(jié)構(gòu)，納米半導(dǎo)體為表面改性的氧化鋅粉體、氧化鈦粉體、氧化鐵粉體或氧化鎢粉體中的一種或幾種，粉體粒徑為20nm?50nm，溶劑為水、乙醇、異丙醇的其中一種或幾種的混合物；填料是滑石粉、云母粉、輕質(zhì)碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的混合物，滑石粉、云母粉、輕質(zhì)碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的重量比為3:1:3:2:1 ;組分II為成膜物的交聯(lián)劑，其中，成膜物為環(huán)氧樹脂乳液時(shí)，組分II為胺加成物，成膜物為丙烯酸樹脂乳液時(shí)，組分II為異氰酸酯。
[0018]如上面所述的石墨烯增強(qiáng)水基涂料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下:
[0019]1、制備組分1:
[0020]1.1、制備石墨烯分散液:按比例分別稱取氧化石墨烯、納米半導(dǎo)體和溶劑，混合后在100W?150W功率下超聲波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0021]1.2、配料:按比例分別稱取成膜物、石墨烯分散液和填料；
[0022]1.3、研磨:向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工攪拌至少lmin，然后放入砂磨機(jī)研磨，直至細(xì)度低于40 μ m后出料，得到組分I ;
[0023]2、混合組分I和組分I1:按比例稱取組分I和組分II，然后混合，手工攪拌至少lmin,即得到石墨稀增強(qiáng)水基涂料。
[0024]如上面所述石墨烯增強(qiáng)水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步驟如下:
[0025]1、基底預(yù)處理:用砂紙將待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
[0026]2、涂覆:向基底表面刷涂或使用噴槍噴涂石墨烯增強(qiáng)水基涂料，涂覆厚度為
0.01mm ?1mm ；
[0027]3、固化:將涂覆的石墨烯增強(qiáng)水基涂料涂層在常溫環(huán)境下固化7天?9天，然后使用紫外光源對石墨烯增強(qiáng)水基涂料涂層照射0.5h?3h ;紫外光源的波長為紫外全波段波長，功率密度為30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0028]本發(fā)明的工作原理是:將在水介質(zhì)中溶解分散均勻的氧化石墨烯添加到涂料體系中，通過研磨實(shí)現(xiàn)了在涂料中的優(yōu)異分散，涂覆成膜后，利用納米半導(dǎo)體紫外光的激發(fā)效應(yīng)，其能帶電子結(jié)構(gòu)的變化引起氧化石墨烯的還原，因此在涂層結(jié)構(gòu)中直接得到均勻分散的石墨烯，進(jìn)而形成石墨烯增強(qiáng)水基涂料涂層。
[0029]實(shí)施例1
[0030]1、制備石墨稀分散液: