CN107805422A - 一种石墨烯改性技术制备的竹碳功能涂料 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种石墨烯改性技术制备的竹碳功能涂料技术，应用于功能涂料中的创新技术研究。具体涉及适用于酒店，办公楼，学校等建筑室内墙壁，天花板等砖石结构表面的涂装。具有净化环境功能，几乎不含有机溶剂，水性环保。本发明的石墨烯竹碳涂料主要功能是一种迅速清醛全效墙的面漆，一般在净味全效的基础上特别添加了白色石墨烯与“天然活性竹炭因子”配合“高效除醛技术”，能在漆膜表面形成一层强效净化滤网，全方位的捕捉并净化游离在空气的甲醛、苯及多种有害物质，同时它含有KAG+银离子抗菌技术，漆膜在光催化作用下释放活性氧，抗菌率达99％，让室内空气保持清新自然，为更全面的地呵护家人健康。

Description

一种石墨烯改性技术制备的竹碳功能涂料

本发明属于一种石墨烯改性技术制备的竹碳功能涂料技术，应用于功能涂料中的创新技术研究。具体涉及适用于酒店，办公楼，学校等建筑室内墙壁，天花板等砖石结构表面的涂装。具有净化环境功能，几乎不含有机溶剂，水性环保。

本发明的石墨烯竹碳涂料主要功能是一种迅速清醛全效墙的面漆，一般在净味全效的基础上特别添加了白色石墨烯与“天然活性竹炭因子”配合“高效除醛技术”，能在漆膜表面形成一层强效净化滤网，全方位的捕捉并净化游离在空气的甲醛、苯及多种有害物质，同时它含有KAG+银离子抗菌技术，漆膜在光催化作用下释放活性氧，抗菌率达99％，让室内空气保持清新自然，为更全面的地呵护家人健康。

石墨烯其实就是石墨，将单层石墨看成一个分子就成了石墨烯了。

在单层石墨烯中，每个C原子形成三个sigma键，层内所有C原子还共同形成一个大pi键，所以石墨烯中的所有原子都在同一个平面内。由于pi比sigma键弱，因此，其突出的化学性质就体现在双键上。当然，将石墨剪裁成小分子碎片时，其边界C原子并不保证是 sp2杂化的，边界性质就无法判断了。

单一石墨烯涂料是一种材料，这种含有石墨烯片径材料，可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层、石墨烯涂料的涂层。

单一石墨烯涂料包括水性涂料、无溶剂型涂料、溶剂型涂料(又称油漆)、粉末涂料等四大类。石墨烯涂料一般由五种基本成分：成膜物质(树脂)、石墨烯片径、颜料(包括体质颜料)、溶剂(包括水、无)和添加剂等。

单一石墨烯涂料除具有传统涂料的特性外，更具备无机物特性，涂膜与基质相同，具有安全环保，防腐、防水透气、耐碱、耐污防火、耐磨、耐候性佳，不褪色，抗菌防霉，不会造成二次污染等特性。

竹炭是竹材资源开发的又一个全新的具有卓越性能的环保材料。将竹子经过800度高温干燥炭化工艺处理后，形成竹炭。竹炭具有很强的吸附分解能力，能吸湿干燥、消臭抗菌并具有负离子穿透等性能。竹炭涂料则是运用纳米技术，先将竹炭微粉化，再将纳米级竹炭微粉经过高科技改性分散技术，然后采用传统的涂料制备工艺流程，即可制备出合格的石墨烯竹碳涂料。

一般“天然活性竹炭因子”的提取技术方法主要有两种，干馏热解法和土窑直接烧制法。

(1)干馏热解法其设备主要是外热式立式干馏釜，这种干馏釜在烧制竹炭时，既可使用预干至含水率为20％～25％的竹材，也可使用未经预干的竹材，但以使用经预干的竹材为佳。由于在烧制过程中基本不存在竹炭氧化问题，因此竹炭得率较高，一般为25％左右，高者可达35％，烧制周期一般在48～72小时。但精炼温度提不高，影响竹炭密度；干馏釜容积小，竹炭产量低。浙江省有些厂家就采用这种立式干馏釜烧制竹炭。

(2)土窑烧制法它是采用燃料(木材)直接加热方式，即窑口由燃料燃烧产生的热量上升到窑顶后，向窑内扩散，其中大部分热气流流动在上层，有小部分热量向四周辐射，由上往下缓慢干燥并达到预炭化；燃烧窑内部分竹材使窑内温度继续升高，除去挥发性物质，此时窑内烟气循环流动，各点热量和温度基本均匀，完成炭化和精炼阶段，得到结构致密的竹炭。

土窑烧制法通常有烟熏预干燥、干燥、预炭化、炭化、煅烧(精炼)、自然冷却等阶段。各个阶段有不同的温度，烟熏预干燥阶段为60～100℃，干燥阶段为100～150℃，预炭化阶段为 150～270℃，炭化阶段为270～450℃，煅烧阶段为450℃至1000℃左右。

土窑烧炭的过程，各阶段的温度和炭化速度是通过操作者眼观鼻嗅，一是观察烟囱及窑门出烟口烟的变化；二是通过闻烟味来确定。土窑用的鲜毛竹，一般在室外放置一周左右，再放入窑中进行烟熏预干燥，大约要1周，而自然冷却至窑口温度50～60℃时也需要一周，出窑一般也要2天。

所以从装窑到出炭一般要25～30天，竹炭得率一般为20％左右。工艺合理，后期氧化燃烧的量少则得率超过20％，否则会低于20％，甚至更低(因空气漏入或空气量进入过大)。土窑造价便宜，精炼温度高，竹炭密度大，但质量稳定性差，得率不高。

所谓石墨烯竹炭涂料实际指在传统涂料中增加了白色石墨烯与新的竹炭活性因子而制成的新型环保涂料，这里竹炭漆所用竹炭是以天然竹炭为原料，采用1000摄氏度以上的高温，在无氧状态下干馏炭化而成的天然空气净化产品。竹炭高度发达的孔隙结构具有庞大的表面积，其强大的吸附力场可强效净化有毒有害空气分子，达到净化空气的作用。

也就是利用所添加的竹炭因子中竹炭多孔易吸收的性质，可使竹炭漆具有调湿效果，能有效减少潮湿及过干现象。而且竹炭天然具有吸附甲醛的功能，使涂料具有更加环保的功效。能够有效遏制窗户结露和室内霉菌增生的环境。同时这种采用纳米技术的竹炭漆还具有可持续释放负离子、强效防霉抗污、耐擦洗性好、漆膜持久亮丽耐用等特性。

由于石墨烯的共轭结构导致其与水、有机溶剂以及聚合物的相容性较差，因而增加了其在涂料领域中的应用难度。为解决该问题，可在制备石墨烯的过程中先将GO功能化改性，再按需要进行还原。

石墨烯经功能化改性后既保留了原有性质，还附带了改性基团的反应活性，能有效提高石墨烯在涂料体系中的分散性、相容性，甚至可赋予涂料体系某种特殊功能，因此石墨烯的功能化改性是其在涂料领域应用中必不可少的重要一环。

(1)共价键修饰

共价键修饰是将活性较高、具有特定官能团的物质以共价键的方式接枝到石墨烯上，以提高石墨烯的反应活性、相容性及其他特性。GO上存在羧基、环氧基、羟基等官能团，这些基团可作为功能化反应的活性位点。用聚乙烯醇的羟基与GO的羧基反应，可制得能在二甲基亚砜和水中分散的功能化石墨烯。Stankovich等用异氰酸酯衍生物反应将GO的羧基和羟基转变为活性酯胺和氨基甲酸酯，产物可在极性质子溶液中稳定存在，且可作进一步修饰。 GO的环氧基团也可加以利用，Wang等将GO与十八胺进行开环反应，得到可在有机溶剂中均匀分散、浓度达15mg/mL的功能化石墨烯分散体系。

(2)非共价键修饰

非共价法修饰是将石墨烯与修饰剂相互作用(如氢键作用、静电作用和π-π相互作用等) 实现对石墨烯的改性，该法不破坏石墨烯的共轭结构，可保持其优异的导电性能。π-π相互作用可得到具有线-杆-线结构的石墨烯/PEG-OPE-PEG复合材料，杆是带共轭结构的亲油性低聚物，线则是亲水性PEG，该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好的相容性。

制备石墨烯竹碳功能涂料技术的配方如下：

主要由下述重量百分含量的物料组成：0.93太空活性水20-40％、KAG+银离子1-1.5％羟乙基纤维素0.2-0.3％、防腐剂0.1-0.2％、防霉剂0.1.5-0.3％、分散剂0.2-0.5％、低泡润湿剂0.02-0.1％、消泡剂0.1-0.3％、最低成膜温度10℃以下的硅丙乳液1-6％、乙烯-聚醋酸乙烯乳液8-13％、平均粒径约10-38um的竹碳粉末40-60％、增稠剂0.1-0.6％等组成。

为达到最佳涂装效果，可根据实际情况使用不多于30％(体积比)的清水稀释。使用前应搅拌均匀，过滤最佳。

Claims (2)

1.本发明是一种石墨烯改性技术制备的竹碳功能涂料技术，应用于功能涂料中的创新技术研究。具体涉及适用于酒店，办公楼，学校等建筑室内墙壁，天花板等砖石结构表面的涂装。具有净化环境功能，几乎不含有机溶剂，水性环保。

2.根据权利要求书1所述还包括本发明的制备石墨烯竹碳功能涂料技术的配方如下：

主要由下述重量百分含量的物料组成：0.93太空活性水20-40％、KAG+银离子1-1.5％羟乙基纤维素0.2-0.3％、防腐剂0.1-0.2％、防霉剂0.1.5-0.3％、分散剂0.2-0.5％、低泡润湿剂0.02-0.1％、消泡剂0.1-0.3％、最低成膜温度10℃以下的硅丙乳液1-6％、乙烯-聚醋酸乙烯乳液8-13％、平均粒径约10-38um的竹碳粉末40-60％、增稠剂0.1-0.6％等组成。

为达到最佳涂装效果，可根据实际情况使用不多于30％(体积比)的清水稀释。使用前应搅拌均匀，过滤最佳。