一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法。将氧化石墨烯、1‑（3‑氨丁基）‑3‑甲基咪唑氯、酸催化剂、超支化单体加入四氢呋喃中，制得氨基化氧化石墨烯，然后加入聚四氟乙烯涂料乳液中制得混合乳液，将环氧树脂溶于丙酮中制得A胶，将均苯四甲酸酐溶于γ‑丁内酯中制得B胶，混合后加入混合乳液中，即得氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料。该方法通过制得氨基化的氧化石墨烯并进一步得到超支化聚合物，使得均匀稳定分散在涂料的氧化石墨烯片层可有效吸收紫外线，提高了涂料的抗紫外线能力，同时斥水性会降低水和氧对涂层的渗透，从而减少水和氧对涂层的破坏，具有优异的耐候性。

【技术实现步骤摘要】
一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法
本专利技术涉及建筑涂料领域，具体涉及耐候性涂料的制备，特别是涉及一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法。
技术介绍
涂料在人们的日常生活、工农业生产制造和国防建设等领域内发挥着重要作用，涂层制件长期暴露在空气中其紫外线腐蚀问题给个人、集体及国家的生产活动带来重大的危害。和其他的高分子材料相比，氟树脂具有优异的耐化学性、不沾性、低摩擦系数、高温热稳定性和低温时一定的韧性，聚四氟乙烯在氟树脂中占据主导地位，被广泛应用于石化、航天、电子、机械、建筑工程、纺织和医药等领域。紫外线能导致有机高分子链段的断裂，氧化的可溶性产物在水存在下会往涂层中渗入，环境变干燥时则又会渗出，渗入-渗出的交替会产生毛细压，从而导致涂层鼓泡破坏。因此，抗紫外线性能的涂料的研究受到广泛重视。为了降低涂层的耐紫外线性能，涂料配方中一般加入紫外线吸收剂，但是紫外线吸收剂在吸收紫外线保护涂层降解的同时，也会逐渐损耗。早在2010年，麻省理工学院的研究人员就对石墨烯对涂层耐候性的提高进行了系统研究。石墨烯是单层碳原子以sp2杂化轨道构成的二维片状材料，具有优异的屏蔽性能、导热性能和导电性能，同时还具有高强度、高耐磨等特点，被认为是涂料理想的封闭填料。其特殊结构使其在吸收大部分的入射光，保护涂层降解的同时，自身不容易破坏。此外，石墨烯的斥水性会降低水和氧对涂层的渗透，减少水对涂层的加速作用破坏。目前，石墨烯的分散是石墨烯耐候涂料制备的关键技术之一。中国专利技术专利申请号201710043306.9公开了一种散热器用石墨烯粉末涂料及其制备工艺，该涂料具有如下组分：酚醛改性环氧树脂，羟基饱和聚酯树脂，固化促进剂，金红石氧化钛，聚丙烯酸丁酯，抗黄安息香，聚硅氧烷消泡剂，交联剂，氨基化石墨烯，羧基化纳米聚四氟乙烯和氢化蓖麻油。中国专利技术专利申请号201710998889.0公开了一种耐候性环保防腐涂料的制备方法。通过将聚乙烯亚胺溶液处理后的聚四氟乙烯乳液以静电吸附的方式与氧化石墨烯结合，然后还原氧化石墨烯并氨基功能化后接枝水性环氧树脂，从而将三者以化学键的方式结合为一个整体，有效提高了AGP在水性环氧树脂基体中的分散性和相容性，并增加了树脂基体的交联度，有效改善水性基体涂料的阻隔性，大大改善了涂层的耐候性和防腐性。中国专利技术专利申请号201711408889.7公开了一种纳米级耐磨耐候改性涂料及其制备方法，包括如下原料：改性环氧树脂/氟碳树脂、石墨烯、二氧化硅、纳米蒙脱土、纳米高岭土、纳米氧化铝、成膜助剂、分散剂、流平剂和去离子水，经研磨、混合、乳化、分散制得，其中，改性环氧树脂/氟碳树脂为改性环氧树脂和氟碳树脂的混合物，改性环氧树脂基于表面改性的六方氮化硼制得。中国专利技术专利申请号201711363731.2公开了一种抗紫外线涂料，按重量份计，包括如下组分：紫外线吸收剂1~3份、水玻璃10~20份、丙烯酸树脂10~20份、石墨烯5~10份、氢氧化镁3~5份、蒙脱土3~5份、成膜剂1~3份、阻燃剂1~3份、分散剂1~3份、去离子水50~60份、纳米二氧化钛1~3份。根据上述，现有方案中用于石墨烯耐候性涂料制备中，由于石墨烯的片状共轭结构使其具有特殊的性能，聚集或不当的改性都会使石墨烯部分或全部丧失其特殊性能，为提高石墨烯在涂料中应用的便利性，一般先将石墨烯制成水或有机溶剂的浆料，使用时加入涂料当中进行分散，但由于石墨烯具有高的比表面积，在强范德华力和π-π耦合作用下极易发生团聚且难以再分开，进而影响了涂料的性能。鉴于此，本专利技术提出了一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
针对目前应用较广的石墨烯涂料存在石墨烯因高比表面积，在涂料中极易发生团聚，难以有效分散，进而使得涂料稳定性差，耐候性难以发挥等缺陷，本专利技术提出一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料及制备方法，从而有效提高了氧化石墨烯在涂料中分散性，显著提升了涂料的耐候性及稳定性本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到四氢呋喃中，加入1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯，置于油浴中加热并超声分散，2h后加入酸催化剂、超支化单体，继续加热回流24h，过滤、洗涤、真空干燥，制得超支化聚硅烷接枝氨基化氧化石墨烯，即HPE-GO-NH2；（2）将步骤（1）制得的HPE-GO-NH2加入聚四氟乙烯涂料乳液中，分散均匀，制得HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液；（3）将环氧树脂溶于丙酮中制得A胶，将均苯四甲酸酐溶于γ-丁内酯中制得B胶；（4）将A胶和B胶均匀混合，加入HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液中，超声分散3h，制得氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料。石墨烯的片状共轭结构使其具有特殊的性能，但聚集或不当的改性都会使石墨烯部分或全部丧失其特殊性能。由于石墨烯具有高的比表面积，在强范德华力和π-π耦合作用下极易发生团聚且难以再分开，所以制备高性能石墨烯耐候涂料必须提高其在涂料中的分散程度和稳定性。本专利技术采用带有氨基的1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯与氧化石墨烯反应，氧化石墨烯上的环氧基开环反应将氨基接入氧化石墨烯表面，得到氨基化的氧化石墨烯，共价键改性抑制了片层间的团聚，使其能在基体中均匀分散。进一步与环氧基的超支化聚硅氧烷接枝，可进一步提高氧化石墨烯与聚四氟乙烯的相容性，使石墨烯的改性效果得到良好的发挥。优选的，步骤（1）所述各原料的重量份为，氧化石墨烯5~10重量份、四氢呋喃72~84重量份、1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯5~8重量份、酸催化剂1~2重量份、超支化单体5~8重量份。优选的，步骤（1）所述油浴温度为70~90℃。优选的，步骤（1）所述酸催化剂为乙酸。优选的，步骤（1）所述超支化单体为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。优选的，步骤（2）所述HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液中，HPE-GO-NH210~30重量份、聚四氟乙烯涂料乳液70~90重量份。聚四氟乙烯涂料乳液固含量为10-15wt%。优选的，步骤（3）所述A胶中，环氧树脂35~40重量份、丙酮60~65重量份。优选的，步骤（3）所述B胶中，均苯四甲酸酐20~30重量份、γ-丁内酯70~80重量份。优选的，步骤（4）所述建筑涂料中，A胶20~30重量份、B胶18~25重量份、HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液45~62重量份。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料。采用带有氨基的1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯与氧化石墨烯反应，氧化石墨烯上的环氧基开环反应将氨基接入氧化石墨烯表面，得到氨基化的氧化石墨烯，氧化石墨通过这种共价键改性抑制了片层间的团聚，使其能在基体中均匀分散，再与环氧基的超支化聚硅氧烷接枝得到(HPE-GO-NH2)，超支化聚合物可提高其材料与聚四氟乙烯的相容性，均匀稳定分散在PTFE涂料中的氧化石墨烯片层可吸收紫外线，保护涂层降解自身不易破坏，同时其斥水性会降低水和氧对涂层的渗透，从而减少水和氧对涂层的加速破坏以达到优异的耐候性。进一步的，在配制涂料时可以加入常规的助剂和填料，如滑石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到四氢呋喃中，加入1‑（3‑氨丁基）‑3‑甲基咪唑氯，置于油浴中加热并超声分散，2h后加入酸催化剂、超支化单体，继续加热回流24h，过滤、洗涤、真空干燥，制得超支化聚硅烷接枝氨基化氧化石墨烯，即HPE‑GO‑NH2；（2）将步骤（1）制得的HPE‑GO‑NH2加入聚四氟乙烯涂料乳液中，分散均匀，制得HPE‑GO‑NH2/PTFE混合乳液；（3）将环氧树脂溶于丙酮中制得A胶，将均苯四甲酸酐溶于γ‑丁内酯中制得B胶；（4）将A胶和B胶均匀混合，加入HPE‑GO‑NH2/PTFE混合乳液中，超声分散3h，制得氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料。

【技术特征摘要】
1.一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯分散到四氢呋喃中，加入1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯，置于油浴中加热并超声分散，2h后加入酸催化剂、超支化单体，继续加热回流24h，过滤、洗涤、真空干燥，制得超支化聚硅烷接枝氨基化氧化石墨烯，即HPE-GO-NH2；（2）将步骤（1）制得的HPE-GO-NH2加入聚四氟乙烯涂料乳液中，分散均匀，制得HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液；（3）将环氧树脂溶于丙酮中制得A胶，将均苯四甲酸酐溶于γ-丁内酯中制得B胶；（4）将A胶和B胶均匀混合，加入HPE-GO-NH2/PTFE混合乳液中，超声分散3h，制得氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料。2.根据权利要求1所述一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述各原料的重量份为，氧化石墨烯5~10重量份、四氢呋喃72~84重量份、1-（3-氨丁基）-3-甲基咪唑氯5~8重量份、酸催化剂1~2重量份、超支化单体5~8重量份。3.根据权利要求1所述一种耐候性氧化石墨烯/聚四氟乙烯建筑涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述油浴温度为70~90℃。4.根据权利要求1所述一种耐候性氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51