CN104387908A - 石墨烯防静电地坪涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯防静电地坪涂料及其制备方法，该涂料包括能固化成膜的甲组分和含有固化剂的乙组分：其中，甲组分包括石墨烯、树脂、功能填料、第一稀释剂和助剂。其制备方法：甲组分的配制：将树脂、部分第一稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中进行搅拌；然后依次石墨烯和功能填料，继续进行搅拌至分散均匀；将上述得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，添加剩余第一稀释剂和成膜助剂制得甲组份；乙组分的配制；使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比混合均匀。本发明在减少了大量导电材料的情况下，不但保证了防静电的技术要求，而且提升了防静电地坪的物化性能，降低了施工涂层厚度，减少了施工成本和维护保养费用。

Description

石墨烯防静电地坪涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，特别是涉及一种石墨烯防静电地坪涂料及其制备方法。

背景技术

静电的产生和积累给现代生活、生产和科学活动带来很多麻烦，甚至是灾难。如果大量集聚的静电荷不能及时释放，就会损坏电器设备，甚至产生火灾、***等事故。在机械设备、化工企业、建筑装修等行业中，材料腐蚀、静电和电磁干扰问题非常严重，尤其是在高湿度、高腐蚀、高辐射、高静电的环境中，腐蚀和静电大幅度降低了产品的使用性能和寿命，危害人体健康，甚至有时还会因腐蚀和静电引发***起火，造成经济和生命财产损失，因此搞好防腐蚀、防静电、抗电磁干扰工作具有十分重要的意义。防静电地坪涂料作为一种功能性涂料，它能赋予地坪导电性以消除静电的危害，且由于其生产设备简单、施工方便、成本低廉，因而近10年来被广泛用于电子、建筑、航空、军事等领域。

中国专利CN1594470A公开了一种“高固体份防静电环氧地坪涂料”，其采用导电粉作为外添加导电材料，表面电阻达105-107Ω，表观和理化性能好。虽然导电粉在涂料中能均匀分布，但在实际施工过程中，涂层的最终导电性能易于受到众多因素的影响，如：导电粉沉降、施工厚度、环境温度、配套底涂等，使得防静电地坪的最终导电性能不稳定。中国专利CN1854217公开了一种“导静电型环氧树脂地坪涂料及其涂装工艺”，其采用导电纤维作为外添加导电材料，表面、体积电阻达105-107Ω，导电性能稳定持久，表观和理化性能好。但在涂料搅拌过程中，导电纤维不能完全均匀分布，并且部分导电纤维会因为搅拌而弯曲，弯曲后的导电纤维顶端与涂层的距离拉长，就可能无法传导静电，导电纤维弯曲的区域和无分布的区域，就形成了防静电地坪的导电盲区。

现行行业标准SJ/T 11294-2003中，指出了防静电地坪面漆的行业标准，即导静电型地坪涂料表面电阻要在5×104-1×106Ω，静电耗散型地坪涂料要在1×106-1×109Ω。

传统的防静电地坪涂料以低导电性能材料架构，有导电性能不稳定、用量大、易沉降；最终导电性能受施工影响因素较大；涂层物理机械性能不佳等缺陷。并且常规的防静电型环氧树脂地坪会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，一次性使用不易修复，磨耗较重时导电带损坏不能够连接，该地坪需重新制作，维护保养成本较高。

石墨烯(graphene)是由单层碳原子紧密堆积成的具有二维片层结构的一种碳质新材料，具有优异的电性能和高的径厚比(>200)以及薄的片层结构(＜lnm)，是已知最薄、最强的材料。在石墨烯中，碳原子的排列就像鸡爪印网，每一层非常薄，呈透明状，具有非常大的比表面积。迪拉吉·普拉赛(Dhiraj Prasai)和他的同事们指出，使用原子薄层石墨烯，作为保护涂层，能够抑制腐蚀下面的金属。但是该方法中，石墨烯是通过化学气相沉积法制备获得，只能停留在理论研究阶段，且成本极高，无法进行工业化。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种石墨烯防静电地坪涂料及其制备方法，将石墨烯加入到防静电地坪涂料中，在保证防静电效果的同时，大大降低了导电材料的添加量，取代了涂层以低导电性能材料架构的导电方式，降低了涂层涂刷厚度，提高了导电稳定性，减少了涂料施工使用量和维护保养成本，防静电性能优良、持久，不受时间、温度、湿度等影响，漆膜表面光滑、美观，耐磨、耐压、耐冲击，同时制备简单，易于操作，且施工简单，广泛应用于要求不起火特殊场合的地坪涂料。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种石墨烯防静电地坪涂料，包括能固化成膜的甲组分和含有固化剂的乙组分：其中，甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂30-60wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂5-25wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为60-80wt%，所述甲组分各组分重量百分含量之和为100wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述的甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂35-45wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂5-20wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为65-75wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述的甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂40wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂18wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为70wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述甲组分和乙组分的重量配比为2:1-10:1。

在本发明一个较佳实施例中，所述乙组分包括固化剂和第二稀释剂，所述固化剂和第二稀释剂的重量比为1:1。

在本发明一个较佳实施例中，所述固化剂为聚酰胺树脂、芳香胺树脂、脂肪胺树脂和聚氨酯固化剂中的一种或多种，所述第二稀释剂为二甲苯和丁醇按重量比为1:1的比例配制而成。

在本发明一个较佳实施例中，所述石墨烯是石墨经氧化，然后进行剥离得到的，其氧化采用Hummers法、Staudenmaier法和Brodie法中的任意一种，剥离采用微波剥离、热解膨胀剥离和超声分散中的任意一种。

Brodie法是首先用发烟HNO₃处理天然微粉石墨，石墨被氧化时，硝酸离子侵入石墨片层间，然后再投入KClO₄进一步氧化，随后将反应物投人大量水中，进行过滤，水洗至滤液接近中性后，干燥，得到氧化石墨；

Staudemaier法是用浓硫酸和发烟硝酸混合酸对石墨粉进行处理，同样也是以KClO₄为氧化剂；

Hummers法是将石墨粉和无水硝酸钠（NaNO₃）加入到置于冰浴内的浓硫酸中，强力搅拌下加入KMnO₄，并用体积分数3%H₂O₂还原剩余的高锰酸钾和MnO₂，使其变为无色可溶的MnSO₄，在双氧水的处理下，悬浮液变成亮黄色，过滤、洗涤3次，然后真空脱水得到，所得到的氧化石墨片层具有褶铍型结构，且含氧量较大，官能团较为丰富，在纯水中可良好分散。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一稀释剂为苯类、酮类、醇类、酯类溶剂和活性稀释剂中的一种或多种；所述功能填料为膨胀石墨、碳纤维、活性炭、导电炭黑、有机物热解产生的导电碳材料、导电云母、纳米聚苯胺材料、硫酸钡、滑石粉、有机膨润土和颜料粉中的一种或多种；所述树脂为环氧树脂、醇酸树脂、氯磺化聚乙烯树脂和潮固化树脂中的一种或多种，优选地，所述树脂为电阻率相对较小、黏度较低、综合性能优良且价格适中的双酚A型液体环氧树脂，进一步优选双酚A型环氧树脂根据产品用途选用三木化工的SM-601或SM-618环氧树脂；所述助剂包括分散助剂和成膜助剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一稀释剂为二甲苯和丁醇按重量比为1:1-4:1配制的混合溶剂，能够更加有效阻止石墨烯的团聚，使石墨烯在所述涂料中分散的更加均匀。

在本发明一个较佳实施例中，所述石墨烯防静电地坪涂料包括如下组分：甲组份：石墨烯0.1-5wt%，树脂30-50wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂5-25wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为60-80wt%，所述甲组分各组分重量百分含量之和为100wt%；乙组分：固化剂40-60wt%，第二稀释剂40-60wt%，其中，乙组分中各组分重量百分含量之和为100wt%。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种石墨烯防静电地坪涂料的制备方法，包括如下步骤：

（1）甲组分的配制：

①按照重量配比称取各组分；

②将树脂、部分第一稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中，在1000-1500r/min的转速下进行搅拌；

③然后依次石墨烯和功能填料，继续在2000-3000r/min的转速下进行搅拌至分散均匀；

④将步骤③得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，研磨之后的细度为20-60μm，添加剩余第一稀释剂和成膜助剂制得甲组份；

（2）乙组分的配制；

（3）使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比为2:1-10:1比例混合均匀，即得石墨烯防静电地坪涂料。

本发明的有益效果是：

1、本发明将石墨烯加入到防静电地坪涂料中，在保证防静电效果的同时，大大降低了导电材料的添加量，取代了涂层以低导电性能材料架构的导电方式，降低了涂层涂刷厚度，提高了导电稳定性，减少了涂料施工使用量和维护保养成本，防静电性能优良、持久，不受时间、温度、湿度等影响，漆膜表面光滑、美观、耐磨、耐压、耐冲击，同时制备简单，易于操作，且施工简单，广泛应用于要求不起火特殊场合的地坪涂料；

2、本发明利用石墨烯具有超大的比表面积，优异的物理性能和导电性能以及良好的化学稳定性，制备了一种防静电效果好、使用寿命长、无毒无污染、涂层薄、防静电效果好且环境友好，使用范围广的新型防静电地坪涂料，同时该地坪与常规防静电地坪涂料比较，耐磨性优异、柔韧性好、表面密度大、耐酸碱、抗压强度高、抗渗性能好、防锈蚀风化、性价比高，可以满足从光滑到防滑要求的地面；

3、本发明提供的防静电地坪涂料不但具有良好的物理机械性能，且耐酸碱性能也很优异，酸浸7天和碱浸15天均不会出现气泡、裂痕、剥落、粉化的现象；

4、本发明提出了一种将石墨烯应用于防静电地坪涂料的新思路，并且简化了石墨烯改性涂料的制备工艺。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种石墨烯防静电地坪涂料包括能固化成膜的甲组分和含有固化剂的乙组分：其中，甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂30-60wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂5-25wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为60-80wt%，所述甲组分各组分重量百分含量之和为100wt%；所述乙组分包括固化剂和稀释剂，固化剂40-60wt%，稀释剂40-60wt%，其中，乙组分中各组分之和为100wt%。

实施例1

一种石墨烯防静电地坪涂料的各组分及具体的百分含量如表1所示。

该石墨烯防静电地坪涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）甲组分的配制：

①按照重量配比称取各组分；

②将环氧树脂、部分第一稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中，在1200r/min的转速下进行搅拌；

③然后依次石墨烯和颜料粉，继续在2500r/min的转速下进行搅拌至分散均匀；

④将步骤③得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，研磨之后的细度为35μm，添加剩余第一稀释剂和成膜助剂制得甲组份；

（2）乙组分的配制：

将二甲苯和丁醇按重量比为1:1配制成第二稀释剂，依次将乙组分配方量的固化剂和第二稀释剂混合，得到乙组分；

（3）使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比为5:1比例混合均匀，即得石墨烯防静电地坪涂料。

其中，所述第一稀释剂为二甲苯和丁醇按3:1配制的混合溶剂；石墨烯由Hummers法氧化后，经过微波剥离制备得到，乙组分根据技术要求选择聚酰胺、芳香胺或脂肪胺树脂固化剂；

实施例2

以表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法。

实施例3

以表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法。

实施例4

以表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法。

表1

实施例5

一种石墨烯防静电地坪涂料（无溶剂型）甲组份按重量百分比包括如下组分：石墨烯1.5wt%，环氧树脂50wt%，导电云母粉15wt%，酸钡13wt%，颜料粉8wt%，活性稀释剂10.5wt%，助剂2wt%；

其中，所述环氧树脂为E-51树脂改性的无溶剂端羟基环氧树脂，石墨烯、环氧树脂和导电填料的重量百分含量之和为66.5wt%；所述石墨烯是经过Staudenmaier法氧化，然后经过热解膨胀剥离得到的；所述活性稀释剂为C12-C14烷基缩水甘油醚活性稀释剂；

乙组分采用残余二苯基甲烷二异氰酸酯≤0.5%的无溶剂端异氰酸酯预聚物（100wt%）。

该石墨烯防静电地坪涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）甲组分的配制：

①按照重量配比称取各组分；

②将环氧树脂、部分活性稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中，在1200r/min的转速下进行搅拌；

③然后依次石墨烯和颜料粉，继续在2500r/min的转速下进行搅拌至分散均匀；

④将步骤③得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，研磨之后的细度为35μm，添加剩余活性稀释剂和成膜助剂制得甲组份；

（2）乙组分的配制：

采用残余二苯基甲烷二异氰酸酯≤0.5%的无溶剂端异氰酸酯预聚物；

（3）使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比为3.5:1比例混合均匀，即得石墨烯防静电地坪涂料。

实施例6

一种石墨烯防静电地坪涂料甲组份按重量百分比包括如下组分：石墨烯1wt%，环氧树脂35wt%，导电云母粉16wt%，滑石粉22wt%，颜料粉3wt%，第一稀释剂21wt%，助剂2wt%；

其中，所述环氧树脂为固含量为75%的SM-601环氧树脂，第一稀释剂为二甲苯，石墨烯、环氧树脂和导电云母粉的重量百分含量之和为52wt%；所述石墨烯是经过Staudenmaier法氧化，然后经过热解膨胀剥离得到的；

乙组分按重量百分比包括如下组分：聚酰胺树脂：50wt%；第二稀释剂：50wt%。

该石墨烯防静电地坪涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）甲组分的配制：

①按照重量配比称取各组分；

②将环氧树脂、部分第一稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中，在1200r/min的转速下进行搅拌；

③然后依次石墨烯和颜料粉，继续在2500r/min的转速下进行搅拌至分散均匀；

④将步骤③得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，研磨之后的细度为35μm，添加剩余第一稀释剂和成膜助剂制得甲组份；

（2）乙组分的配制：

将二甲苯和丁醇按重量比为1:1配制成第二稀释剂，依次将乙组分配方量的固化剂和第二稀释剂混合，得到乙组分；

（3）使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比为5:1比例混合均匀，即得石墨烯防静电地坪涂料。

采用刷涂或滚涂的方法进行施工，在常温下涂料自然干燥后即形成高性能石墨烯防静电地坪涂层。本发明的石墨烯防静电地坪涂料产品质量标准参照SJ/T11294-2003防静电地坪涂料通用规范，其实施例1-实施例6的性能检测结果见表2。

表2

由表2可以看出，本发明提供的石墨烯防静电地坪涂料在减少了大量导电材料的情况下，不但保证了防静电的技术要求，而且提升了防静电地坪的物化性能，防静电性能持久稳定，降低了施工涂层厚度，减少了施工成本和维护保养费用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，包括能固化成膜的甲组分和含有固化剂的乙组分：其中，甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂30-60wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂5-25wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为60-80wt%，所述甲组分各组分重量百分含量之和为100wt%。

2.根据权利要求1所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述的甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%；树脂35-45wt%；功能填料30-60wt%；第一稀释剂5-20wt%；助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为65-75wt%。

3.根据权利要求1所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述的甲组分按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt%，树脂40wt%，功能填料30-60wt%，第一稀释剂18wt%，助剂0.1-5wt%，其中石墨烯、树脂和功能填料的重量百分含量之和为70wt%。

4.根据权利要求1~3之一所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述甲组分和乙组分的重量配比为2:1-10:1。

5.根据权利要求1~4之一所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述乙组分包括固化剂和第二稀释剂，所述固化剂和第二稀释剂的重量比为1:1。

6.根据权利要求5所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺树脂、芳香胺树脂、脂肪胺树脂和聚氨酯固化剂中的一种或多种，所述第二稀释剂为二甲苯和丁醇按重量比为1:1的比例配制而成。

7.根据权利要求1~3之一所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述石墨烯是石墨经氧化，然后进行剥离得到的，其氧化采用Hummers法、Staudenmaier法和Brodie法中的任意一种，剥离采用微波剥离、热解膨胀剥离和超声分散中的任意一种。

8.根据权利要求1~3之一所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述第一稀释剂为苯类、酮类、醇类、酯类溶剂和活性稀释剂中的一种或多种，所述功能填料为膨胀石墨、碳纤维、活性炭、导电炭黑、有机物热解产生的导电碳材料、导电云母、纳米聚苯胺材料、硫酸钡、滑石粉、有机膨润土和颜料粉中的一种或多种，所述树脂为环氧树脂、醇酸树脂、氯磺化聚乙烯树脂和潮固化树脂中的一种或多种，所述助剂包括分散助剂和成膜助剂。

9.根据权利要求8所述的石墨烯防静电地坪涂料，其特征在于，所述第一稀释剂为二甲苯和丁醇按重量比为1:1-4:1配制的混合溶剂。

10.根据权利要求1~3之一所述的石墨烯防静电地坪涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）甲组分的配制：

①按照重量配比称取各组分；

②将树脂、部分第一稀释剂、分散助剂加入搅拌容器中，在1000-1500r/min的转速下进行搅拌；

③然后依次石墨烯和功能填料，继续在2000-3000r/min的转速下进行搅拌至分散均匀；

④将步骤③得到的混合物加入到卧式研磨机中研磨，研磨之后的细度为20-60μm，添加剩余第一稀释剂和成膜助剂制得甲组份；

（2）乙组分的配制；

（3）使用前将配置好的甲组份和乙组分按重量配比为2:1-10:1比例混合均匀，即得石墨烯防静电地坪涂料。