CN106590076A - 一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法，所述石墨烯改性无机涂料包括石墨烯和无机涂料，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。本发明制备的石墨烯改性无机涂料的附着力、硬度较普通的无机涂料有了较大的提高，使用本发明涂料涂覆于玻璃表面时，涂膜具有良好的附着力和更好的耐磨性，同时降低了能耗，提高了涂层的导电率。

Description

一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及的是一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法。

背景技术

二十世纪以来世界能源消耗大幅度增加，节能降耗，提高经济效益是科学研究和技术开发的主要目标，开发隔热保温的环保材料具有极其重要的意义。玻璃隔热无机涂料能充分解决建筑门窗的隔热保温问题，不仅节约了能源，还能为人们营造冬暖夏凉、舒适宜居的室内环境。

玻璃隔热无机涂料主要是由无机纳米陶瓷树脂、聚氨酯树脂、聚硅氧烷树脂、纳米氧化铟锡（ITO)粉体、纳米氧化锡锑（ATO）粉体，涂料助剂和稀释剂等组成。该涂料具有隔热效果良好、透光性能优异、耐老化及防辐射等优点。

然而，采用无机涂料涂覆于玻璃材料时，存在附着力差、耐摩擦性较低等问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性无机涂料，旨在解决现有无机涂料涂覆于玻璃表面时存在的硬度低、附着力差以及耐摩擦性较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯改性无机涂料，其中，包括石墨烯和无机涂料，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，按质量百分比计，所述无机涂料包括：高硬度聚合物树脂50～90份、纳米隔热浆料10～50份、助溶剂0～10份、消泡剂0～0.5份、抑泡剂0～0.5份、基材润湿剂0～0.5份以及流平剂0～0.5份。

较佳地，所述的石墨烯改性无极涂料，其中，所述石墨烯包括碳元素和非碳元素，所述非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的一种或几种。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素的质量比为4~6:1。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述石墨烯为单层片状结构。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述石墨烯为2~50层组合片状结构，层间碳原子以π键结合，层内碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述石墨烯为带有官能团修饰的改性石墨烯，所述官能团为羟基、羧基、氮基、氨基中的一种或几种。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述石墨烯为粉末状或浆料状。

较佳地，所述的石墨烯改性无机涂料，其中，所述纳米隔热浆料为ITO、ATO中的一种或其混合物。

一种石墨烯改性无极涂料的制备方法，其中，包括步骤：

按质量百分比计，先将50～90份的高硬度聚合物树脂和10～50份的纳米隔热浆料混合均匀，再依次加入0～10份的助溶剂、0～0.5份的消泡剂、0～0.5份的抑泡剂、0～0.5份的基材润湿剂以及0～0.5份的流平剂混合均匀；

最后加入0.001~5份的石墨烯，在500-700r/min的搅拌速度下搅拌30-80min后，得到石墨烯改性无机涂料。

有益效果：本发明提供一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法，所述石墨烯改性无机涂料由石墨烯和无机涂料组成，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。本发明制备的石墨烯改性无机涂料的附着力、硬度较普通的无机涂料有了较大的提高，使用本发明涂料涂覆于玻璃表面时，涂膜具有良好的附着力和更好的耐磨性，同时降低了能耗，提高了涂层的导电率。

附图说明

图1为本发明一种石墨烯改性无机涂料制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种石墨烯改性无机涂料，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种石墨烯改性无机涂料，其中，包括石墨烯和无机涂料，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。

具体地，石墨烯是目前世界上最薄却是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，其导热系数高达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。

由于石墨烯具有柔软、平面状结构、强度高等特征，均匀分散在无机物中时，平面状结构的石墨烯可提高吸附能力，石墨烯的柔软性可抑制无机物在干燥及外加热场作用下的收缩性，从而抑制龟裂，石墨烯沿平面方向的高强度特性可增加无机物成膜后的整体强度。因此，在无机涂料中加入石墨烯可使得涂层对底材接触更加紧密，同时由于石墨烯润滑效果好，还能提高涂料在玻璃表面的附着力和耐摩擦性。

进一步，在本发明制备石墨烯改性无机涂料的过程中，控制石墨烯的加入量异常关键，若石墨烯的添加量低于无机涂料用量的0.001%，则无法起到提高无机涂料在玻璃表面上的附着力和耐摩擦性的效果；若果石墨烯的添加量高于无极涂料用量的5%，则会影响无机涂料的成膜性能，降低成膜质量。较佳地，本发明优选所述石墨烯的加入量占无机涂料的质量百分比为0.1%-1%，在该值范围内，无机涂料的改性效果最佳。

进一步，在本发明中，按质量百分比计，所述无机涂料包括：高硬度聚合物树脂50～90份、纳米隔热浆料10～50份、助溶剂0～10份、消泡剂0～0.5份、抑泡剂0～0.5份、基材润湿剂0～0.5份以及流平剂0～0.5份；优选地，所述高硬度聚合物树脂为无机陶瓷树脂，所述纳米隔热浆料为ITO、ATO中的一种或其混合物。

进一步，在本发明中，所述石墨烯包括碳元素和非碳元素，所述非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的一种或几种；并且所述石墨烯中碳元素与非碳元素的质量比为4~6:1。优选地，控制石墨烯中碳元素与非碳元素的质量比为5:1，在该比例值时，保证了石墨烯能起到良好的提高无机涂料在玻璃表面附着力和耐摩擦性的改性效果。

进一步，在本发明中，所述石墨烯为粉末状或浆料状，便于在制备过程中与无机涂料充分混合，从而发挥增强涂料在玻璃表面的附着力和耐摩擦性的效果。

更进一步，在本发明中所述石墨烯为单层片状结构，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。当然所述石墨烯还可以为2~50层组合片状结构，层间碳原子以π键结合，层内碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格。

进一步，本发明所使用的石墨烯为带有官能团修饰的改性石墨烯，所述官能团为羟基、羧基、氮基、氨基中的一种或几种，改性后的石墨烯可进一步提高其自身的吸附能力，从而提高石墨烯改性无机涂料的吸附能力。

基于上述一种石墨烯改性无机涂料，本发明还提供一种石墨烯改性无极涂料的制备方法，如图1所示，其中，包括步骤：

S100、按质量百分比计，先将50～90份的高硬度聚合物树脂和10～50份的纳米隔热浆料混合均匀，再依次加入0～10份的助溶剂、0～0.5份的消泡剂、0～0.5份的抑泡剂、0～0.5份的基材润湿剂以及0～0.5份的流平剂混合均匀；

S200、最后加入0.001~5份的石墨烯，在500-700r/min的搅拌速度下搅拌30-80min后，得到石墨烯改性无机涂料。

下面通过具体实施例对本发明一种石墨烯改性无极涂料的制备方法进行解释说明：

实施例1

将无机陶瓷树脂50%、ATO浆料40%混合均匀，然后加入助溶剂3%、消泡剂0.5%、抑泡剂0.5%、基材润湿剂0.5%、流平剂0.5%混合均匀，最后加入高硬度石墨烯5%，保持500r/min，分散30min，得石墨烯改性玻璃隔热无机涂料。

实施例2

将无机陶瓷树脂60%、ATO浆料30%混合均匀，然后加入助溶剂7%、消泡剂0.5%、抑泡剂0.5%、基材润湿剂0.5%、流平剂0.5%混合均匀，最后加入高硬度石墨烯1%，保持700r/min，分散80min，得石墨烯改性玻璃隔热无机涂料。

实施例3

将无机陶瓷树脂70%、ATO浆料20%混合均匀，然后加入助溶剂7.9%、消泡剂0.5%、抑泡剂0.5%、基材润湿剂0.5%、流平剂0.5%混合均匀，，最后加入高硬度石墨烯0.1%，保持600r/min，分散60min，得石墨烯改性玻璃隔热无机涂料。

对比例1，市售传统玻璃隔热无机涂料。

对比例2，所用配方与制法与实施例1相同，区别在于未加入高硬度石墨烯。

将实施例1-3得到的高硬度石墨烯改性玻璃隔热无机涂料与对比例1-2的玻璃隔热无机涂料直接涂覆在玻璃表面，进行对比测试，结果如表1所示：

表1、测试结果

	结果	附着力/级	硬度
				实施例1	成膜完整，无龟裂	0	7H
实施例2	成膜完整，无龟裂	0	7H
				实施例3	成膜完整，无龟裂	0	8H
对比例1	成膜不完整，有较多龟裂	4	2H
				对比例2	成膜不完整，有部分龟裂	3	2H

由表1的结果可见，本发明采用高硬度石墨烯改性现有的玻璃隔热无机涂料，能大大提高涂料在玻璃表面的附着力，同时由于石墨烯润滑效果好，可提高涂层的硬度和耐摩擦性。

综上所述，本发明提供一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法，所述石墨烯改性无机涂料包括石墨烯和无机涂料，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。本发明制备的石墨烯改性无机涂料的附着力、硬度较普通的无机涂料有了较大的提高，使用本发明涂料涂覆于玻璃表面时，涂膜具有良好的附着力和更好的耐磨性，同时降低了能耗，提高了涂层的导电率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性无机涂料，其特征在于，包括石墨烯和无机涂料，按质量百分比计，所述石墨烯占无机涂料的0.001%~5%。

2.根据权利要求1所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，按质量百分比计，所述无机涂料包括：高硬度聚合物树脂50～90份、纳米隔热浆料10～50份、助溶剂0～10份、消泡剂0～0.5份、抑泡剂0～0.5份、基材润湿剂0～0.5份以及流平剂0～0.5份。

3.根据权利要求1所述的石墨烯改性无极涂料，其特征在于，所述石墨烯包括碳元素和非碳元素，所述非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素的质量比为4~6:1。

5.根据权利要求1所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述石墨烯为单层片状结构。

6.根据权利要求1所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述石墨烯为2~50层组合片状结构，层间碳原子以π键结合，层内碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格。

7.根据权利要求1所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述石墨烯为带有官能团修饰的改性石墨烯，所述官能团为羟基、羧基、氮基、氨基中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述石墨烯为粉末状或浆料状。

9.根据权利要求2所述的石墨烯改性无机涂料，其特征在于，所述纳米隔热浆料为ITO、ATO中的一种或其混合物。

10.一种石墨烯改性无极涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

按质量百分比计，先将50～90份的高硬度聚合物树脂和10～50份的纳米隔热浆料混合均匀，再依次加入0～10份的助溶剂、0～0.5份的消泡剂、0～0.5份的抑泡剂、0～0.5份的基材润湿剂以及0～0.5份的流平剂混合均匀；

最后加入0.001~5份的石墨烯，在500-700r/min的搅拌速度下搅拌30-80min后，得到石墨烯改性无机涂料。