一種石墨烯增強水基涂料、其制備和使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于表面處理技術，涉及一種紫外激發石墨烯增強的水基涂料。
【背景技術】
[0002]水基涂料是一類以水為分散介質的有機防護涂料，涂覆固化后的涂層具有與傳統有機溶劑型涂料相似或相當的防護能力或功能特性，可廣泛應用于國防、工業、建筑等領域，具有節約能源、環境友好、施工簡便等優勢，越來越成為未來涂料行業的主力軍。由于水基涂料分散介質的特殊性，許多傳統溶劑型涂料中使用的功能性組分無法直接添加到水基涂料中，造成了水基涂料防腐、導電、導熱、強度等方面的不足。
[0003]石墨烯是近年研究進展較快的一種材料，由于其二維結構的特點而展現出了極為優異的電學、熱學、力學等方面的性能，并且由于尺寸效應和超高比表面積，石墨烯材料已經廣泛應用于防腐領域。目前較為經濟可行的石墨烯應用方法是氧化還原法，即從塊狀石墨出發，使用強氧化性物質將其氧化，引起層間排斥作用而較易分離成為氧化石墨烯，再將氧化石墨稀還原得到石墨稀加以應用。如中國專利CN103131232A公開了一種水性石墨稀導電涂料，該涂料以水性聚酯為成膜物，將氧化石墨烯溶于水后滴加水合肼進行還原，之后形成涂料。其不足之處在于:水合肼具有較大毒性，造成環境污染，且存在去除和石墨烯還原度不足等問題。中國專利CN103740152A公開了一種石墨烯改性的水性防腐涂料，該涂料將石墨烯或改性石墨烯添加到富鋅或富鋁乳液中，從而增強防腐能力。其不足之處在于:石墨烯在介質中可能引起嚴重的團聚，無法發揮石墨烯的結構和功能特性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提出一種改進的紫外激發石墨烯增強的水基涂料配方、其制備方法和使用方法，以便消除使用水合肼產生的較大毒性，避免環境污染；同時克服石墨烯在介質中可能發生的團聚問題，解決石墨烯的分散問題，最大程度發揮石墨烯的性能。
[0005]本發明的技術方案是:一種石墨烯增強水基涂料，其特征在于，它由組分I和組分
II混合而成，組分I和組分II的重量比為100:15?30 ;組分I是成膜物、石墨烯分散液和填料的混合物，成膜物占混合物重量的30%，石墨烯分散液占混合物重量的10%?40%，余量為填料；成膜物為環氧樹脂乳液或丙烯酸樹脂乳液；石墨烯分散液為氧化石墨烯、納米半導體和溶劑的混合物，氧化石墨烯、納米半導體和溶劑三者的重量比為1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯為10層以下結構，納米半導體為表面改性的氧化鋅粉體、氧化鈦粉體、氧化鐵粉體或氧化鎢粉體中的一種或幾種，粉體粒徑為20nm?50nm，溶劑為水、乙醇、異丙醇的其中一種或幾種的混合物；填料是滑石粉、云母粉、輕質碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的混合物，滑石粉、云母粉、輕質碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的重量比為3:1:3:2:1 ;組分II為成膜物的交聯劑，其中，成膜物為環氧樹脂乳液時，組分II為胺加成物，成膜物為丙烯酸樹脂乳液時，組分II為異氰酸酯。
[0006]如上面所述的石墨烯增強水基涂料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下:
[0007]1、制備組分1:
[0008]1.1、制備石墨烯分散液:按比例分別稱取氧化石墨烯、納米半導體和溶劑，混合后在100W?150W功率下超聲波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0009]1.2、配料:按比例分別稱取成膜物、石墨烯分散液和填料；
[0010]1.3、研磨:向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工攪拌至少lmin，然后放入砂磨機研磨，直至細度低于40 μ m后出料，得到組分I ;
[0011]2、混合組分I和組分I1:按比例稱取組分I和組分II，然后混合，手工攪拌至少lmin,即得到石墨稀增強水基涂料。
[0012]如上面所述石墨烯增強水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步驟如下:
[0013]1、基底預處理:用砂紙將待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
[0014]2、涂覆:向基底表面刷涂或使用噴槍噴涂石墨烯增強水基涂料，涂覆厚度為
0.01mm ?1mm ；
[0015]3、固化:將涂覆的石墨烯增強水基涂料涂層在常溫環境下固化7天?9天，然后使用紫外光源對石墨烯增強水基涂料涂層照射0.5h?3h ;紫外光源的波長為紫外全波段波長，功率密度為30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0016]本發明的優點是:提出了一種改進的紫外激發石墨烯增強的水基涂料配方、其制備方法和使用方法，消除了使用水合肼產生的較大毒性，避免了環境污染；同時克服了石墨烯在介質中可能發生的團聚問題，解決了石墨烯的分散問題，最大程度發揮了石墨烯的性會泛。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明做進一步詳細說明。一種石墨烯增強水基涂料，其特征在于，它由組分I和組分II混合而成，組分I和組分II的重量比為100:15?30 ;組分I是成膜物、石墨烯分散液和填料的混合物，成膜物占混合物重量的30%，石墨烯分散液占混合物重量的10%?40%，余量為填料；成膜物為環氧樹脂乳液或丙烯酸樹脂乳液；石墨烯分散液為氧化石墨烯、納米半導體和溶劑的混合物，氧化石墨烯、納米半導體和溶劑三者的重量比為1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯為10層以下結構，納米半導體為表面改性的氧化鋅粉體、氧化鈦粉體、氧化鐵粉體或氧化鎢粉體中的一種或幾種，粉體粒徑為20nm?50nm，溶劑為水、乙醇、異丙醇的其中一種或幾種的混合物；填料是滑石粉、云母粉、輕質碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的混合物，滑石粉、云母粉、輕質碳酸鈣、沉淀硫酸鋇和著色顏料的重量比為3:1:3:2:1 ;組分II為成膜物的交聯劑，其中，成膜物為環氧樹脂乳液時，組分II為胺加成物，成膜物為丙烯酸樹脂乳液時，組分II為異氰酸酯。
[0018]如上面所述的石墨烯增強水基涂料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下:
[0019]1、制備組分1:
[0020]1.1、制備石墨烯分散液:按比例分別稱取氧化石墨烯、納米半導體和溶劑，混合后在100W?150W功率下超聲波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0021]1.2、配料:按比例分別稱取成膜物、石墨烯分散液和填料；
[0022]1.3、研磨:向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工攪拌至少lmin，然后放入砂磨機研磨，直至細度低于40 μ m后出料，得到組分I ;
[0023]2、混合組分I和組分I1:按比例稱取組分I和組分II，然后混合，手工攪拌至少lmin,即得到石墨稀增強水基涂料。
[0024]如上面所述石墨烯增強水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步驟如下:
[0025]1、基底預處理:用砂紙將待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
[0026]2、涂覆:向基底表面刷涂或使用噴槍噴涂石墨烯增強水基涂料，涂覆厚度為
0.01mm ?1mm ；
[0027]3、固化:將涂覆的石墨烯增強水基涂料涂層在常溫環境下固化7天?9天，然后使用紫外光源對石墨烯增強水基涂料涂層照射0.5h?3h ;紫外光源的波長為紫外全波段波長，功率密度為30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0028]本發明的工作原理是:將在水介質中溶解分散均勻的氧化石墨烯添加到涂料體系中，通過研磨實現了在涂料中的優異分散，涂覆成膜后，利用納米半導體紫外光的激發效應，其能帶電子結構的變化引起氧化石墨烯的還原，因此在涂層結構中直接得到均勻分散的石墨烯，進而形成石墨烯增強水基涂料涂層。
[0029]實施例1
[0030]1、制備石墨稀分散液: