一种石墨烯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯涂料及其制备方法，石墨烯涂料的制备方法包括以下步骤：将水和树脂制成混合液，按质量份，在每100份混合液中加入0.2～5份膨胀石墨，通过搅拌、研磨均匀后用超声波细胞粉碎设备进行粉碎，再通过减压蒸馏和冷冻干燥，制备成石墨烯涂料。这种方法还简化了石墨烯类涂料的生产工艺，降低了生产成本；而且生产的石墨烯类涂料的各种性能均得以改善。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯涂料及其制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯涂料及其制备方法。
技术介绍
随着各行各业的迅猛发展，对行业的要求越来越高。水利水电、航天航空、船舶码头等等对建筑物和设备的外表防水防腐抗磨蚀保护都有新的要求，所遇到的各种防护的工况都变的非常复杂。另外，高科技的发展向表面保护材料也提出了新的要求，如航天航空的、舰艇船舶、深海潜艇、深海钻探与开发等等的飞速发展，也对表面保护涂装材料的技术性能要求越来越高，有的要求耐热，有的要求耐冲刷，耐磨，还有的要求在低温或高温下正常运行。因此，现有的涂装材料远远满足不了现在的涂装工艺要求。作业环境也在不断地发生变化，高温高热、强腐蚀等工程环境随处可见。因此，需要一种安全、高效并能适应各种工况要求的各种复杂环境的涂料，以防止各类水环境、酸碱环境对构造物的腐蚀，还要能在高温或低温情况下使用。我们现在研制的树脂基石墨烯，利用石墨烯特有的各种优越性能，解决了上诉的涂装难题，可以利用各种树脂本身的技术性能，生产出各种适应于各种工况的树脂基石墨烯防腐抗磨蚀涂料，改善和提升了树脂的性能，并具有很好的耐磨抗冲刷的技术性能，防水防腐效果非常好。石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料，碳原子之间相互连接成六角网格，导电性、机械性能都很优异，素来有“黑金子”之称的石墨烯最先应用于移动设备、航空航天、新能源电池领域，由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出。石墨烯在可见光下透明，但不透气，导电性强、可弯折、机械强度好，这些特点在保护涂层方面能发挥很大的优势。作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，我国最新的研究成果已成功突破了批量化生产和大尺寸生产这两大难题。另外，高性能的树脂也发展迅速，耐高温树脂、耐低温树脂、耐磨树脂、抗紫外线树脂和耐各种腐蚀介质的树脂的各项性能指标都有着极大的提高，这为我们利用这种高性能树脂与石墨烯配合使用生产各种高性能的涂装材料提供了更多的选择范围。目前，国内研制的石墨烯类防腐抗磨蚀材料，主要是利用已经生产好的石墨烯与树脂混合，生产出石墨烯类涂装材料。它包括以下3种制备方法：(1)熔融共混。高温下将聚合物与石墨烯熔融混合，可避免使用有机溶剂；(2)溶液共混。选择合适的溶剂先溶解聚合物，再与石墨烯分散液均匀混合，最后除去溶剂；(3)原位聚合。将石墨烯分散到聚合物单体中，发生单体－单体间、单体－石墨烯－单体间聚合，原料通常为改性石墨烯，以提高两者相容性。前两种方法是使聚合物进入石墨烯内部形成插层复合物，第3种方法是使聚合物在石墨烯上生长。三者均存在有效地使石墨烯均匀分散、抱团的难题，影响了石墨烯类涂料的各种性能，而且工艺复杂，生产成本高，限制了石墨烯类涂料的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究一种“一步法”的制造石墨烯类的防腐抗磨蚀涂料的方法，解决石墨烯在树脂中难以完全均匀分布的难题，降低制造成本，制造廉价和各种高性能的石墨烯类防腐抗磨蚀涂料，以适用于各行各业的表面涂装保护，使石墨烯这种高性能的材料在涂装行业中得到充分的利用，减少能源消耗，为国民经济的发展做出贡献。本专利技术的技术方案是，提供一种石墨烯涂料“一步法”的制备方法，将水和树脂制成混合液，按质量份，在每100份混合液中加入0.2～5份膨胀石墨，通过搅拌、研磨均匀后用超声波细胞粉碎设备进行粉碎，再通过减压蒸馏和冷冻干燥，制备成石墨烯涂料。优选地，所述混合液为水溶性树脂的水溶液和/或乳化树脂。优选地，当混合液为水溶性树脂的水溶液时，按质量份，每100份混合液由20～80份的水溶性树脂和80～20份的水组成。优选地，当树脂为水溶性树脂时，按质量份，每100份混合液由20～80份的水溶性树脂和80～20份的水组成。优选地，所述乳化树脂的制备方法如下：按质量份：将非水溶性树脂20～60份、水溶性树脂30～10份、水50～30份和乳化剂0.1～1份混合后进行搅拌，即制得乳化树脂。优选地，所述搅拌速度为1800转/min以上，搅拌时间为1～2小时。优选地，冷冻干燥是先在温度-5～-8℃下，预冻1～2h，使自由水固化，再在温度-5～-8℃、真空度≤20Pa条件下干燥，至树脂基石墨烯中水分≤0.5％；制备成树脂基石墨烯。优选地，粉碎过程中物料的温度控制在35℃以下，粉碎时间为1～8小时。优选地，控制水和树脂混合液的粘度在100mPa·s以下。膨胀石墨在低粘度混合液中能更好的有效分散。水会使超声波波长增长，扩大破碎范围。树脂具有一定的粘性，与超声波的作用力共同作用，对膨胀石墨更好的进行剪切、剥离，破碎。另外，因超声波的空化作用形成的小气泡被树脂膜包裹也就象把炸药装进了炮筒里，形成了很多小“炸弹”，这些“炸弹”会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然爆炸。爆炸时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波，有效地提高了超声波的机械效能，提高了膨胀石墨在混合液体中制备成石墨烯的效率。优选地，按上述生产制备工艺，可以根据工况要求，选用相应的多种树脂进行合理搭配混合，生产出各种性能要求的树脂基防腐抗磨蚀涂料。本专利技术进一步提供一种由上述的制备方法获得石墨烯涂料。优选地，所述石墨烯涂料中还添加增韧剂、消泡剂和流平剂。本专利技术的石墨烯树脂涂料，不是把成品石墨烯添加到树脂中进行搅拌而成，而是通过膨胀石墨添加到树脂中，进行破碎分散，使膨胀石墨与树脂在混合的情况下，使膨胀石墨转化成石墨烯。本专利技术把制备的膨胀石墨与树脂混合液，通过高速搅拌、研磨均匀后用超声波细胞粉碎设备进行粉碎再通过减压蒸馏和冷冻干燥，制备成石墨烯树脂涂料。因树脂中含有一定比例的水，各种研究成果表明，超声波在有水情况下能产生更大的炮破力。另外，树脂既是石墨烯的分散液，又是膨胀石墨的剥离剂。膨胀石墨在超声波炮破力和树脂粘度产生的剪切力的共同作用下，把膨胀石墨慢慢粉碎、撕裂、剥离而成为10层以下的石墨烯，并均匀的分布在树脂与水的混合液体中，制备为树脂、水、石墨烯的混合液体。本专利技术在制备的石墨烯树脂涂料按树脂涂料的常规经验配方的用量掺入微量材料(如增韧剂、消泡剂、流平剂等)进行高速搅拌后，即可制备成涂料体系中的A组分。再与固化剂——即B组分配合使用。固化剂可根据相对应的树脂和工况要求进行选用，固化剂做为涂料体系中的B组分，其掺量根据树脂的环氧值进行计算。本专利技术的有益效果是，膨胀石墨在超声波炮破力和树脂粘度产生的剪切力的共同作用下，把膨胀石墨慢慢粉碎、撕裂、剥离而成为10层以下的石墨烯，并均匀的分布在树脂与水的混合液体中，这种方法还简化了石墨烯类涂料的生产工艺，降低了生产成本；而且生产的石墨烯类涂料的各种性能均得以改善。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例涉及一种石墨烯树脂涂料及其一步法的制备方法，并用该技术可用各种水溶性树脂和非水溶性树脂制备成各种石墨烯涂料A组分，再与固化剂组分配合制备成各种抗磨蚀防腐涂料系列产品。水溶性树脂以海因环氧树脂和水溶性酚醛树脂为实施例，应用该技术制备成海因环氧基石墨烯抗磨蚀涂料和水溶性酚醛树脂基石墨烯抗磨蚀涂料，非水溶性树脂以高粘度E44环氧树脂和低粘度环氧树脂牌号为6002环氧树脂为例，应用该技术制备成E44环氧树脂基石墨烯抗磨蚀涂料和6002环氧基石墨烯防腐抗磨蚀涂料。各实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，将水和树脂制成混合液，按质量份，在每100份混合液中加入0.2～5份膨胀石墨，通过搅拌、研磨均匀后用超声波细胞粉碎设备进行粉碎，再通过减压蒸馏和冷冻干燥，制备成石墨烯涂料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，将水和树脂制成混合液，按质量份，在每100份混合液中加入0.2～5份膨胀石墨，通过搅拌、研磨均匀后用超声波细胞粉碎设备进行粉碎，再通过减压蒸馏和冷冻干燥，制备成石墨烯涂料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液为水溶性树脂的水溶液和/或乳化树脂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当混合液为水溶性树脂的水溶液时，按质量份，每100份混合液由20～80份的水溶性树脂和80～20份的水组成。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述乳化树脂的制备方法如下：按质量份，将非水溶性树脂20～60份、水溶性树脂30～10份、水50～30份和乳化剂0.1～1份混合后进行搅拌，即制得乳化树脂。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光明，
申请(专利权)人：李光明，
类型：发明
国别省市：湖南,43