CN105647254A - 一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料及其制备方法，该涂料所含原料及各原料的重量份数为：光固化氧化石墨烯1～10份，植物基光固化树脂50～80份，抗菌性活性单体10～30份，光引发剂1～4份，抗菌助剂1～3份。本发明涂料可有效解决人造草坪散热难得问题，同时具有优异的散热性和抗菌性、成本低廉、环境友好、制备工艺简单等优势。

Description

一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及紫外光固化散热涂料技术领域，尤其是涉及一种采用氧化石墨烯基础原料制成的抗菌型散热涂料及其在人造草坪上的应用。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，对于人造草坪的使用也愈加广泛。人造草坪可用在体育项目上，如足球场、网球场、高尔夫球场等，也可以使用在环境与景观美化上，如机场、公寓绿化、公共建筑物、商业区及娱乐场所等。人造草坪采用仿生学原理，具有良好的弹性和运动性能，可以有效减低运动伤害，但也存在着一个严重的问题：人造草坪温度较天然草坪高很多，散热性能差。这主要是由于其不具备天然草坪中水分气化的降温的作用。在气温较高或者太阳照射时间较长的情况下，人造草坪的高温会增加运动伤害，甚至造成皮肤灼伤，所以制备散热型的人造草坪成为该领域的必然趋势。

散热型人造草坪的制备现有三种方式，一类是从制作草丝的材料出发，通过其与高导热材料复合，制备复合型人造草丝。此类方法利用氮化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化硅、氧化锡锑、氧化铟锡等高导热填料，将其通过化学或者物理方法与PE或PP复合。宋丹丹等(《塑料工业》，2,2014,118)将低密度聚乙烯(LDPE)与二氧化钛颗粒进行共混后熔融挤出成型，制备得到了散热率较高的人造草丝，温度可降达12度。但此种方法中，导热填料价格高昂，且对草丝纤维加工工艺有较高要求，成本较高。第二类方法直接从草丝纤维的成型工艺入手，CN103757723A提出了一种可散热的空心草丝纤维的制备，利用空心管状结构来提高草坪的散热保湿能力。当此种方法降温有限，且需特定的加工机器，工艺较为复杂。

所以，近年来有人提出了将散热涂料直接涂覆于传统的人造草丝纤维外壁，利用涂料本身的优异散热性能来达到人造草坪降温的目的。CN202913280U利用高吸水树脂涂覆在人造草丝表面，利用树脂吸水散热的性能来降低草坪温度，最高可降低5℃左右。但是此种方法中采用的吸水树脂易溶于水，耐候性差，不利于长期使用。能否提出一种制备兼具散热性和耐候性，且工艺简单，原料低廉的适用于大量工业化生产的人造草坪散热涂料的方法？

紫外光固化技术是20世纪60年代发展起来的新型固化技术，具有生产效率高，挥发性有机化合物排放量少，操作温度低，涂膜质量优异等优点，被认为是一项环境友好的技术，其符合现代绿色环保环境发展的要求，所以备受重视涂料工业界的关注，尤其是最近备受关注的植物油基抗菌型光固化涂层，具有环境友好的特点。而近年来备受关注的石墨烯材料，具有较大的比表面积和突出的导热性能，可以作为导热材料使用，但其制备成本高昂。而石墨烯的派生物氧化石墨烯同样具有以上两个特点，且制备成本低廉。因而，结合紫外光固化技术和氧化石墨烯材料制备人造草坪的散热涂层的具有极大的应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料及其制备方法。本发明涂料可有效解决人造草坪散热难得问题，同时具有优异的散热性和抗菌性、成本低廉、环境友好、制备工艺简单等优势。

本发明的技术方案如下：

一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料，所述散热涂料所含原料及各原料的重量份数为：

所述光固化氧化石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨烯溶于溶剂，同时加入用量为氧化石墨烯质量2～6倍的活性(甲基)丙烯酸酯，在催化剂和阻聚剂的作用下，60～130℃条件下，反应12～48h；反应结束，离心、洗涤、干燥制得所述光固化氧化石墨烯。

所述溶剂为丙酮、乙醇、甲苯、二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、四氢呋喃、N－甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述活性(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种；所述催化剂为甲基磺酸、对甲基苯磺酸、硫酸、三苯基膦、四丁基溴化铵、三乙胺中的一种或多种，用量为活性(甲基)丙烯酸酯中双键摩尔数的0.1％～2％；所述阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚或苯酚，用量为活性(甲基)丙烯酸酯中双键摩尔数的0.1％～0.5％。

所述植物基光固化树脂为大豆油基丙烯酸酯低聚物、蓖麻油基丙烯酸酯低聚物、桐油苯酐化聚酯丙烯酸酯低聚物、单宁酸基环氧丙烯酸酯低聚物、腰果酚基丙烯酸酯低聚物中的一种或多种。

所述抗菌性活性单体为(甲基)丙烯酸酯季铵盐、双(甲基)丙烯酸酯季铵盐、N-烯丙基吡啶三丙烯酸酯、3-烯丙基异噻唑双丙烯酸酯、3-溴代酚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

所述光引发剂为α-羟基苯偶姻醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-1-对异丙基苯基丙酮-1、4-羟基二苯甲酮、1-羟基-环己基苯酮中的一种或多种。

所述抗菌助剂为纳米银、载银磷酸锆、载锌磷酸锆、介孔磷酸锆中的一种或多种。

一种所述涂料的制备方法，包括如下步骤：

将1～10份光固化氧化石墨烯、50～80份植物基光固化树脂、10～30份抗菌性活性单体、1～4份光引发剂、1～3份抗菌助剂在温度为25～50℃条件下共混，200～2000rpm的转速下搅拌1～5h，并超声分散30min，制得所述抗菌型氧化石墨烯散热涂料。

本发明有益的技术效果在于：

本发明涂料填补了紫外光固化人造草坪散热涂料领域的空白，采用含光交联基团的活性(甲基)丙烯酸酯类改性氧化石墨烯，提高氧化石墨烯与光固化树脂的相容性，并且采用可再生的植物基类紫外光固化树脂，绿色环保。

本发明涂料采用抗菌性的活性单体，使所获得的涂料散热效率高，且具有一定的抗菌性；并且采用的制备路线简单易操作，催化剂及反应介质溶剂选用范围广，工艺条件温和，制备简单，为未来该材料与制备方法的可工业化创造了有利条件。

附图说明

图1为本发明光固化氧化石墨烯的透射电镜图。

图2为本发明光固化氧化石墨烯的拉曼光谱图。

图3为本发明涂料散热性能测试装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料，所述散热涂料所含原料及各原料的重量份数为：

所述光固化氧化石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨烯溶于甲苯中，同时加入用量为氧化石墨烯质量6倍的活性甲基丙烯酸羟乙酯，并加入催化剂甲基磺酸(甲基丙烯酸羟乙酯摩尔数的1％)、和阻聚剂对羟基苯甲醚(甲基丙烯酸羟乙酯摩尔数的0.5％)，60℃条件下，反应48h；反应结束，离心、洗涤、干燥制得所述光固化氧化石墨烯。产品的透射电镜图如图1所示；拉曼光谱图如图2所示。

由图1可知光固化氧化石墨烯颜色较为透明，并不会对后期的光交联反应产生吸收；由图2的位于1356cm^-1与1678cm^-1衍射峰可以看出已经成功合成了光固化的氧化石墨烯。

将10份光固化氧化石墨烯、50份大豆油基丙烯酸酯低聚物、30份(甲基)丙烯酸酯季铵盐、4份α-羟基苯偶姻醚、1份载锌磷酸锆在温度为50℃条件下共混，200rpm的转速下搅拌5h，并超声分散30min，制得所述抗菌型氧化石墨烯散热涂料。

实施例2

一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料，所述散热涂料所含原料及各原料的重量份数为：

所述光固化氧化石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨烯溶于乙酸乙酯中，同时加入用量为氧化石墨烯质量4倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯，并加入催化剂四丁基溴化铵(甲基丙烯酸缩水甘油酯摩尔数的0.5％)和阻聚剂对苯二酚(甲基丙烯酸缩水甘油酯摩尔数的0.1％)，100℃条件下，反应24h；反应结束，离心、洗涤、干燥制得所述光固化氧化石墨烯。

将1份光固化氧化石墨烯、80份蓖麻油基丙烯酸酯低聚物、10份N-烯丙基吡啶三丙烯酸酯、2份1-羟基-环己基苯酮、3份介孔磷酸锆在温度为25℃条件下共混，2000rpm的转速下搅拌1h，并超声分散30min，制得所述抗菌型氧化石墨烯散热涂料。

实施例3

一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料，所述散热涂料所含原料及各原料的重量份数为：

所述光固化氧化石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨烯溶于二氧六环中，同时加入用量为氧化石墨烯质量2倍的季戊四醇三丙烯酸酯，并加入催化剂三苯基膦(季戊四醇三丙烯酸酯双键摩尔数的2％)和阻聚剂对苯二酚(季戊四醇三丙烯酸酯双键摩尔数的0.5％)，130℃条件下，反应12h；反应结束，离心、洗涤、干燥制得所述光固化氧化石墨烯。

将5份光固化氧化石墨烯、70份腰果酚基丙烯酸酯低聚物、20份3-烯丙基异噻唑双丙烯酸酯、1份4-羟基二苯甲酮、2份载银磷酸锆在温度为35℃条件下共混，1000rpm的转速下搅拌3h，并超声分散30min，制得所述抗菌型氧化石墨烯散热涂料。

性能测试：

使用辊涂法将实施例1制得的抗菌型氧化石墨烯散热涂料涂覆在制造人造草坪用人造草丝上，随后采用1kW的中压汞灯，以2.5m/s的速度，对涂覆后的人造草丝进行辐照。

根据国标GB/T-2690-1994改进制备测试装置，如图3所示，对涂覆后的人造草坪进行散热性能测试。图3所示装置中，分别有两个250W碘钨灯作为加热光源，与样品草坪距离10cm，样品草坪分别连接温度传感器及温度记录仪。首先控制室内温度为室温(25±0.5℃)，随后打开碘钨灯照射15min，读取温度记录仪1读数T₁和温度记录仪2读数T₂，散热效率为(T₁-T₂)/T₁。

通过测试发现本发明实施例所得涂料使得人造草坪不仅具有抗菌性，还有较好的散热性，散热效率均大于10％。

Claims (8)

1.一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料，其特征在于所述散热涂料所含原料及各原料的重量份数为：

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述光固化氧化石墨烯的制备方法为：

将氧化石墨烯溶于溶剂，同时加入用量为氧化石墨烯质量2～6倍的活性(甲基)丙烯酸酯，在催化剂和阻聚剂的作用下，60～130℃条件下，反应12～48h；反应结束，离心、洗涤、干燥制得所述光固化氧化石墨烯。

3.根据权利要求2所述的涂料，其特征在于所述溶剂为丙酮、乙醇、甲苯、二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、四氢呋喃、N－甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述活性(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种；所述催化剂为甲基磺酸、对甲基苯磺酸、硫酸、三苯基膦、四丁基溴化铵、三乙胺中的一种或多种，用量为活性(甲基)丙烯酸酯中双键摩尔数的0.1％～2％；所述阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚或苯酚，用量为活性(甲基)丙烯酸酯中双键摩尔数的0.1％～0.5％。

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述植物基光固化树脂为大豆油基丙烯酸酯低聚物、蓖麻油基丙烯酸酯低聚物、桐油苯酐化聚酯丙烯酸酯低聚物、单宁酸基环氧丙烯酸酯低聚物、腰果酚基丙烯酸酯低聚物中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述抗菌性活性单体为(甲基)丙烯酸酯季铵盐、双(甲基)丙烯酸酯季铵盐、N-烯丙基吡啶三丙烯酸酯、3-烯丙基异噻唑双丙烯酸酯、3-溴代酚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述光引发剂为α-羟基苯偶姻醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-1-对异丙基苯基丙酮-1、4-羟基二苯甲酮、1-羟基-环己基苯酮中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述抗菌助剂为纳米银、载银磷酸锆、载锌磷酸锆、介孔磷酸锆中的一种或多种。

8.一种权利要求1所述涂料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

将1～10份光固化氧化石墨烯、50～80份植物基光固化树脂、10～30份抗菌性活性单体、1～4份光引发剂、1～3份抗菌助剂在温度为25～50℃条件下共混，200～2000rpm的转速下搅拌1～5h，并超声分散30min，制得所述抗菌型氧化石墨烯散热涂料。