CN105086571A - 一种添加石墨烯的涂料助剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加石墨烯的涂料助剂，涂料助剂包括主添加剂与辅添加剂，主添加剂为石墨烯，主添加剂与辅添加剂的质量比为1:3.5-5.74。本发明采用石墨烯对涂料进行改性，在现有的涂料中加入涂料助剂，使得涂料的性价比高，具有耐磨性好，高强度，高韧性和高耐热性；无缺口冲击强度提高4.9-10倍，摩擦系数降低30.7-76.1%，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料助剂，尤其涉及一种提高涂料的强度，韧性、耐热性和耐磨性的添加石墨烯的涂料助剂。
背景技术
2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯（Gra-phene，GN）晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。
石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有涂料低温和干态冲击性能差、缺口冲击强度低的缺陷而提供一种提高涂料的强度，韧性、耐热性和耐磨性的添加石墨烯的涂料助剂。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种添加石墨烯的涂料助剂，涂料助剂包括主添加剂与辅添加剂，主添加剂为石墨烯，主添加剂与辅添加剂的质量比为1:3.5-5.74。在本技术方案中，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点；在现有的涂料中加入涂料助剂，用以改性涂料的强度，提高韧性和耐热性、耐摩性能。
作为优选，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。
作为优选，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。
作为优选，辅添加剂选自贝壳粉、纳米级蒙脱土、滑石粉、硅烷偶联剂、钛酸钾、铝钛酸酯、对苯二甲酰对苯二胺、聚甲亚胺、玻璃纤维、玻璃微珠、纳米氧化硅或骨胶中的一种或几种。在本技术方案中，贝壳粉与骨胶的加入提高了韧性与黏结性，进一步提高其耐磨性能；纳米氧化硅可以做成亲但惰性的表面，可以大幅度提高其耐温性、耐磨性能与耐水性能；辅添加剂中还有增强剂、偶联剂、增韧剂、复合材料用以进一步增强的机械性能与稳定性。
作为优选，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。
作为优选，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
作为优选，石墨烯与辅添加剂混合后，在磁场强度5000-5250GS，同时超声波条件下超声分散30-45min。
本发明的有益效果是：本发明采用石墨烯对涂料进行改性，在现有的涂料中加入涂料助剂，使得涂料的性价比高，具有耐磨性好，高强度，高韧性和高耐热性；无缺口冲击强度提高4.9-10倍，摩擦系数降低30.7-76.1%，成本低。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：
本发明中，若非特指，所采用的原料均可从市场购得或是本领域常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
贝壳粉为市售材料。
纳米氧化硅购自泉州斯达纳米科技发展有限公司。
骨胶购自浙江兰溪兴发胶业有限公司。
石墨烯原料，石墨烯粉、石墨烯浆料为市售，购自宁波墨西科技有限公司。
石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合；碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种；所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
本发明产品可适用于无机涂料，有机涂料，建筑涂料。
实施例1
石墨烯辅添加剂的质量比为1:3.5，石墨烯与辅添加剂均匀混合，然后在磁场强度5000GS，同时超声波条件下超声分散30min。其中辅添加剂为贝壳粉、纳米氧化硅与骨胶，贝壳粉、纳米氧化硅与骨胶的质量比为1：1：3，贝壳粉的粒径大小为300目，骨胶的粒径大小为1cm。
实施例2
石墨烯辅添加剂的质量比为1:4.2，石墨烯与辅添加剂均匀混合，然后在磁场强度5175GS，同时超声波条件下超声分散40min。其中辅添加剂为纳米级蒙脱土、硅烷偶联剂与玻璃纤维，纳米级蒙脱土、硅烷偶联剂与玻璃纤维的质量比为1：1：4。
实施例3
石墨烯辅添加剂的质量比为1:5.74，石墨烯与辅添加剂均匀混合，然后在磁场强度5250GS，同时超声波条件下超声分散45min。其中辅添加剂为玻璃微珠、对苯二甲酰对苯二胺与骨胶，玻璃微珠、对苯二甲酰对苯二胺与骨胶的质量比为1：2：5。
对比例1，所用配方与制法与实施例1相同，唯一区别是没有加入石墨烯。
聚丙烯材料表面涂覆添加了实施例1-3与对比例1的涂料助剂的无机涂料，然后对聚丙烯材料进行拉伸强度与弯曲强度测试，数据如下：
表1、测试结果
| 拉伸强度/MPa | 弯曲强度/MPa | |
| 实施例1 | 100 | 150 |
| 实施例2 | 107 | 156 |
| 实施例3 | 115 | 153 |
| 对比例1 | 80 | 121 |
由表1可见，涂覆本发明实施例1-3制备的涂料助剂的聚丙烯材料在拉伸强度与弯曲强度上明显优于对比例1的聚丙烯材料；经过实施例1-3与对比例1的聚丙烯材料的试验测试，得到无缺口冲击强度提高4.9-10倍，摩擦系数降低30.7-76.1%。
在现有的涂料中加入涂料助剂，用以改性涂料的强度，提高韧性和耐热性、耐摩性能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，涂料助剂包括主添加剂与辅添加剂，主添加剂为石墨烯，主添加剂与辅添加剂的质量比为1:3.5-5.74。
2.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。
3.根据权利要求1或2所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。
4.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，辅添加剂选自贝壳粉、纳米级蒙脱土、滑石粉、硅烷偶联剂、钛酸钾、铝钛酸酯、对苯二甲酰对苯二胺、聚甲亚胺、玻璃纤维、玻璃微珠、纳米氧化硅或骨胶中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述的一种添加石墨烯的涂料助剂，其特征在于，石墨烯与辅添加剂混合后，在磁场强度5000-5250GS，同时超声波条件下超声分散30-45min。
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