一種防靜電涂料及其制備方法與流程

本發明屬于涂料，具體涉及一種防靜電涂料及其制備方法。

背景技術：

1、靜電是一種客觀的自然現象，靜電的產生、積累和放電會給人類的生產、生活帶來麻煩，甚至是災難。因此，為了保持良好潔凈的工作環境，海洋船舶、石油化工、半導體、紡織、橡膠等領域等常采用防靜電涂料來保護工業設備，保證施工人員的安全。

2、目前的防靜電涂料通常是在非導電的成膜樹脂中添加金屬粉末、碳系材料或金屬氧化物等導電物質，但其涂料存在導電性不高、附著力較差的問題。石墨烯是由sp2碳原子以蜂窩晶格構成的二維單原子層結構，具有較大的比表面積和結構穩定性，其優異的導電性、超高的強度使其用作功能性材料在防靜電涂料中顯示出潛在的應用前景。

3、公開號為cn106189683a的中國專利申請文件公開了一種石墨烯改性環氧樹脂防靜電涂料，通過在涂料中加入石墨烯，提高了防靜電涂料的導電性能以及耐磨、耐腐蝕等性能。但石墨烯在溶劑中具有很強的吸引力和分子間的范德華力，以及其共軛的結構使得它在溶劑中容易團聚，難以很好的均勻分散，在實際應用中受到了一定限制。

技術實現思路

1、現有的防靜電涂料中石墨烯分散性不高，容易團聚，影響導電性；為了解決該問題，本發明提供一種防靜電涂料。

2、為了實現本發明的目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發明提供一種防靜電涂料，所述涂料包括添加有改性石墨烯的環氧樹脂；所述添加有改性石墨烯的環氧樹脂是由改性石墨烯、環氧樹脂、乙酸乙酯混合均勻，后加入苯乙烯和引發劑加熱反應制得。

4、優選地，以質量比計，改性石墨烯：環氧樹脂=1：20-30，苯乙烯：改性石墨烯：引發劑=65-75：2-6：1；反應溫度為65-75℃，反應時間為20-26h；其中，所述引發劑為偶氮二異丁腈。改性石墨烯含量過高容易局部集中，團聚現象增多，導致防靜電涂料綜合性能下降。

5、優選地，所述改性石墨烯是以氧化石墨烯為原料，模板法制備改性氧化石墨烯，再依次使用對苯二胺和納米銀修飾，最后通過還原劑還原制得。

6、優選地，所述改性石墨烯制備方法如下：

7、（1）制備改性氧化石墨烯

8、將苯乙烯、氧化石墨烯、無水乙醇、引發劑、乳化劑、穩定劑和二甲基丙烯酸乙二醇酯在無氧條件下超聲分散，升溫反應；反應結束產物經過濾、洗滌后，置于堿性水溶液中浸泡，水洗后加入到甲苯中浸泡，離心分離，重復2-3次，無水乙醇洗滌、干燥得改性氧化石墨烯；

9、（2）制備有機改性氧化石墨烯

10、將改性氧化石墨烯分散于水中，調節ph，攪拌升溫后加入對苯二胺反應，經過濾，洗滌得有機改性氧化石墨烯；

11、（3）制備改性石墨烯

12、將有機改性氧化石墨烯分散于水中，加入聚丙烯吡咯烷酮混合均勻，緩慢滴加硝酸銀水溶液反應，隨后加入還原劑進行回流反應，經離心、洗滌、干燥得改性石墨烯。

13、優選地，在（1）中，所述引發劑為偶氮二異丁腈，所述乳化劑為十二烷基硫酸鈉，所述穩定劑為聚乙烯吡咯烷酮，所述堿性水溶液為氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液；在（3）中，所述還原劑為氨水和水合肼的混合溶液。

14、優選地，所述（1）具體為：

15、（1a）向氧化石墨烯、無水乙醇、引發劑、乳化劑、穩定劑的分散液中加入部分苯乙烯，反應時間0.5-2h；

16、（1b）再次加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和剩余的苯乙烯，繼續反應10-14h；

17、其中，所述部分苯乙烯占所述苯乙烯總質量的50%-60%；苯乙烯分兩次加入可以使聚苯乙烯二次生長，聚苯乙烯穿插到氧化石墨烯片層之間，有效改善氧化石墨烯團聚的問題。

18、由于氧化石墨烯的分散性優于石墨烯，因此本發明首先對氧化石墨烯進行改性處理，利用其自身較好的分散性與聚苯乙烯、對苯二胺等進行反應；隨后根據石墨烯導電能力強于氧化石墨烯，將改性后的氧化石墨烯再次還原為改性石墨烯使其分散在環氧樹脂中，這樣既可以改善石墨烯的分散性，也可以提高防靜電涂料的導電性。

19、優選地，所述（1）中，以質量比計，苯乙烯：氧化石墨烯=60-80：1，苯乙烯：穩定劑：引發劑=50-60：2-8：1，剩余的苯乙烯：二甲基丙烯酸乙二醇酯=55-60：1；反應溫度70-80℃。

20、優選地，所述（2）中，以質量比計，改性氧化石墨烯：對苯二胺=1：8-12；ph值為9-10；反應溫度85-100℃，反應時間2-4h。

21、優選地，所述（3）中，以質量比計，有機改性氧化石墨烯：硝酸銀：聚乙烯吡咯烷酮=1：0.5-2：5-12；有機改性氧化石墨烯：氨水：水合肼=1g：15-35ml：2-6ml；反應溫度為30-50℃。

22、第二方面，本發明提供了上述防靜電涂料的制備方法，包括如下步驟：

23、（1）稱取1-3質量份環氧樹脂固化劑和10-20質量份溶劑，攪拌均勻，獲得固化劑溶液；

24、（2）稱取30-50質量份添加有改性石墨烯的環氧樹脂和40-60質量份溶劑，攪拌均勻后加入上述固化劑溶液，再次攪拌均勻，獲得防靜電涂料。

25、所述防靜電涂料的應用：將防靜電涂料均勻涂覆于材料表面，在適宜的條件下固化即可。

26、本發明中所述環氧樹脂只要是在涂料中常用的環氧樹脂即可，沒有特別限定，如環氧樹脂e-51、e-44、e-12等；本發明中所述固化劑只要是在涂料中常用的環氧樹脂固化劑即可，沒有特別限定，如胺類固化劑等；本發明中所述溶劑只要是在涂料中常用的溶劑即可，沒有特別限定，如甲苯、二甲苯等。

27、本發明所述防靜電涂料中，還可以含有其它助劑，如分散劑、消泡劑、潤濕劑等，沒有特別限定。

28、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

29、（1）本發明在聚苯乙烯聚合過程中加入氧化石墨烯，可以擴大氧化石墨烯片層與片層之間的間距而產生的位阻，使其無法團聚，使氧化石墨烯良好分散在聚苯乙烯中；堿性水溶液與甲苯浸泡可以增大氧化石墨烯的比表面積，使其容易剝離，有助于提高導電性；

30、（2）本發明在改性氧化石墨烯上引入對苯二胺得到有機改性氧化石墨烯，不僅可以提高氧化石墨烯的機械強度，而且可以進一步提高導電性，同時可以與環氧樹脂形成交聯點，增大石墨烯在環氧樹脂中的分散性；在有機改性氧化石墨烯上進一步負載納米銀，并還原為石墨烯，可以提高其導電性；

31、（3）本發明將導電性能較好的改性石墨烯先分散在附著力較好的環氧樹脂中，然后在環氧樹脂混合液中進行苯乙烯聚合；首先，聚苯乙烯中大量的共軛雙鍵可以提高涂料的防靜電性能；其次，聚苯乙烯分子與環氧樹脂分子可以形成互穿網絡，不僅可以提高防靜電涂層的機械性能，相互貫穿的網格還可以有效減少改性石墨烯的團聚，進而提高涂料的防靜電性能；

32、（4）本發明在環氧樹脂中添加改性石墨烯，不僅提高了涂料的防靜電能力，還使防靜電涂料的耐磨性、抗沖擊性等綜合性能得到改善；本發明制備方法簡單，得到的防靜電涂料導電性優越，可廣泛應用于各種防靜電領域。