一種雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料及其制備方法和使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料及其制備方法和使用方法。涂料的具體技術方案為：組分包括酚醛環氧樹脂100重量份，E?22環氧樹脂50?200重量份，石墨烯3?5重量份，抗氧劑3?10重量份，復合填料30?50重量份，分散劑2?5重量份，顏料0?3重量份，復合固化劑10?25重量份，溶劑100?200重量份。本發明通過使用光引發劑實現快速固化、濕固化可以實現后期進一步的固化，實現初期固化快速，后期使用強度大，且通過填料的選擇和配合實現高耐磨和高導電性，配合合適的制備方法，得到快速固化、使用強度高、高耐磨性和導電性綜合性能的涂料。
【專利說明】
一種雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料及其制備方法和使用 方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種環氧樹脂涂料的技術領域，具體涉及一種以納米碳材料為基礎的 雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的技術領域。
【背景技術】
[0002] 耐磨涂料是一類功能涂料，其具有良好的耐磨性，在建筑地面、地坪涂刷、路標漆 都有廣泛的應用，其可以提高涂料的耐磨性、硬度和使用壽命。在實際使用中，有部分領域 需要使用將設備電荷盡快排除，此時地面需要具有一定的導電性，將電荷盡快傳導到地面， 提尚其綜合性能。
[0003] 環氧樹脂是具有高強度、高耐磨強度的一種基體樹脂，其廣泛用于涂料中。對于其 固化方式，通常是使用單一固化，在固化初期決情況決定了其最終的使用強度，通常涂刷后 會需要長時間的固化，保障其最終使用強度。
[0004] 現有技術中，需要一種具有可以快速固化、使用強度高、高耐磨性和導電性的環氧 樹脂涂料，其綜合性能要求高。
【發明內容】
[0005] 發明目的：為了解決上述問題，制備得到一種可以快速固化、使用強度高、高耐磨 性和導電性的環氧樹脂涂料，本發明通過使用光引發劑實現快速固化、濕固化可以實現后 期進一步的固化，實現初期固化快速，后期使用強度大，且通過填料的選擇和配合實現高耐 磨和高導電性，配合合適的制備方法，得到耐磨性和導電性優異的涂料。
[0006] 同時，本發明還提供了一種環氧樹脂涂料的制備方法以及實際使用的方法。
[0007] 為了解決上述問題的技術方案為： 雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的組分包括:酚醛環氧樹脂100重量份，E-22環氧樹 脂50-200重量份，石墨烯3-5重量份，抗氧劑3-10重量份，復合填料30-50重量份，分散劑2-5 重量份，顏料0-3重量份，復合固化劑10-25重量份，溶劑100-200重量份。
[0008] 本發明作為基體樹脂使用了兩種不同性能的環氧樹脂相互配合，酚醛環氧樹脂具 有較高的交聯程度，其交聯密度較常規環氧樹脂高，強度高，具有更好的耐熱性、耐磨性和 耐腐蝕性能，而E22的柔韌性好，與酚醛環氧樹脂形成一種"硬鏈段"和"軟鏈段"的配合，可 以有效的分散應力。酚醛環氧樹脂與E51和E44類環氧樹脂得到的效果相差很大，使用E51和 E44的交聯程度也較大，難以實現形成"硬鏈段"和"軟鏈段"分散應力的效果。
[0009] 所述石墨稀是采用經典的Hummer法制備氧化石墨稀、進一步通過還原得到的。其 也可以通過其他常見的方式制備石墨烯。
[0010] 所述復合填料優選為由氮化硅、碳纖維粉和碳納米管按照2:5:2的重量比混合得 到。所述復合填料與石墨烯配合使用可以實現良好的耐磨性和導電性。具體配合原則如下： 為了提高涂料的導電性，優選綜合使用了碳纖維粉、碳納米管和石墨烯。石墨烯是起到 了導電的作用，由于其片層結構以及難以實現高填充量問題，僅僅使用石墨烯電荷導出性 能不足，難以滿足高的電荷導出的要求，且成本很高。碳纖維粉作為一種成本相對較低的碳 材料，其具有較長的纖維長度，較大量填充可以在基體樹脂中，形成一種碳纖維網絡結構， 網絡結構可以達到應力的快速分散，但碳纖維粉屬于一種非結晶（結晶性很差）的材料，其 導電性有待進一步提高。為了平衡石墨烯和碳纖維粉的特點，經過理論分析和實驗確定創 造性的選擇了碳納米管，碳納米管屬于一種結晶性十分優異的其可以實現碳纖維和石墨烯 的連接，導電性會大幅提高。通過加入碳納米管以及選擇合適的用量，實現了"面-線-網"的 充分連接，平衡了成本和導電性，也得到良好的應力分散。
[0011] 作為優選技術方案，所述碳納米管經過濃硫酸-濃硝酸混合液氧化后，再經過偶聯 劑改性得到。碳納米管與石墨烯連接緊密，碳納米管可以在石墨烯和碳纖維粉之間形成穩 定的通路。為了減少氧化對碳納米管結晶結構的影響，碳納米管氧化程度不宜過高。
[0012] 所述碳纖維粉的直徑優選為5-10微米，長徑比為5-8:1，其最長長度可以達到近80 微米，形成的網絡結構也一定程度分散了應力，提高了耐磨性能。
[0013] 所述碳納米管優選為鋸齒形碳納米管，粒徑l_2nm，長度20-50μπι。鋸齒形碳納米管 提高了其與其他碳材料的接觸穩定性，提高了總體的導電性能以及耐磨穩定性。
[0014] 為了提高涂層的耐磨性，其利用了氮化硅顆粒，其作為一種常見的耐磨材料，但本 發明中使用了碳納米管和石墨烯，其耐磨性都是十分優異的。碳纖維粉在體系中提到了應 力分散，減少了硬性摩擦。為了提高其不可避免的硬性摩擦情況，以氮化硅顆粒提高耐磨 性，同時利用了各組分的粒徑分布，達到了最佳效果，該效果已經經過長期的實驗得到最佳 的配比。
[0015] 所述氮化娃的優選最佳粒徑為10_50nm，不在該范圍，難以與其他填料配合使用， 難以實現良好的耐磨性能。
[0016] 為了實現初期固化快速、后期使用強度大的固化效果，本發明綜合使用了室溫快 速固化光引發劑和濕固化性能的緩慢固化。其室溫快速固化光引發劑采用的為芳香族重氮 鹽，其可以在紫外光下快速引發，實現快速的初期固化，且強度較好;為了進一步提高最終 使用強度，進一步采用酚醛改性酮亞胺，酚醛變形酮亞胺不僅具有潮濕和低溫固化特性，而 且帶有酚醛骨架結構，在提高固化程度的情況下，還進一步提高了樹脂固化的韌性、耐濕性 和耐腐蝕性。
[0017] 作為優選技術方案，所述復合固化劑為酚醛改性酮亞胺和芳香族重氮鹽按照2: (3-8)的重量比混合。根據實際需要，可以控制前后期固化程度。如果光引發劑含量過高，前 期交聯程度過高，酚醛改性酮亞胺難以實現后期固化的效果;如果酚醛改性酮亞胺含量過 高，前期固化程度較低，難以實現快速固化使用的效果。
[0018] 所述抗氧劑為抗氧劑1010,抗氧劑168或抗氧劑1076。所述顏料為紅色顏料、黑色 顏料、藍色顏料、綠色顏料、灰色顏料或其混合物。
[0019] 本發明還提供了納米碳材料雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的制備方法，步驟 包括： (1) 稱取各組分，并進行干燥除水處理； (2) 碳納米管經過濃硫酸-濃硝酸混合液氧化，再經過偶聯劑改性得到改性碳納米管； 改性碳納米管與所述石墨烯進行預混合，充分干燥，得到混合物A; (2)在無水避光條件下，酚醛環氧樹脂、E-22環氧樹脂、混合物A、氮化硅、分散劑和溶劑 進行充分混合，進而加入復合固化劑、抗氧劑、顏料進行混合，出料，封裝，即得納米碳材料 雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料。
[0020] 在該方法中，為了避免使用過程中，為了避免水和光對引發劑的影響，應當在避光 避水的前提下進行制備。
[0021] 本發明還提供了納米碳材料雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的使用方法，其特 征在于:所述納米碳材料雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料涂覆在需要涂覆的墻體或地 面，使用紫外線燈進行照射充分固化即可。
[0022]有益的技術效果： 本發明通過樹脂種類的配合、填料種類和粒徑選擇、固化劑種類的選擇和配合，最終實 現了快速固化、使用強度高、高耐磨性和導電性綜合性能的優異，滿足于可實際使用的高要 求。具體涉及，酚醛環氧樹脂與E22作為軟硬結合，分散應力好;石墨烯與碳納米管和碳纖維 粉配合使用，提高了導電性能;碳納米管、氮化硅的配合使用提高了耐磨性。上述導電性和 耐磨性還收到各組分比例的影響，不在本申請范圍內的重量比難以滿足要求。本發明另一 重點在于固化體系的選擇，采用芳香族重氮鹽實現前期的快速固化，達到前期強度;酚醛改 性酮亞胺作為濕固化，提高后期固化，雙重固化綜合提高了耐磨強度強度和最終使用耐磨 強度很高。綜合上述幾點內容，最終實現了快速固化、使用強度高、高耐磨性和導電性綜合 性能。
【具體實施方式】
[0023]以下對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只是用于解釋本發明，并非用于 限定本發明的范圍。
[0024] 實施例和對比例中未特殊說明的情況下，均使用如下制備方法，具體為: 納米碳材料雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的制備方法，步驟包括： (1) 稱取各組分，并進行干燥除水處理； (2) 碳納米管經過濃硫酸-濃硝酸混合液氧化，再經過偶聯劑改性得到改性碳納米管； 改性碳納米管與所述石墨烯進行預混合，充分干燥，得到混合物A; (2)在無水避光條件下，酚醛環氧樹脂、E-22環氧樹脂、混合物A、氮化硅、分散劑和溶劑 進行充分混合，進而加入復合固化劑、抗氧劑、顏料進行混合，出料，封裝，即得納米碳材料 雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料。
[0025]實施例和對比例中各組分的選擇和用量參見下表(對比例10中碳納米管未進行改 性與石墨烯進行預先混合）：
由最佳實施例1與對比例的比較，可以發現樹脂選擇、填料組合(組分、用量、粒徑)均對 最終綜合性能產生重要影響，改變一個組分或用量或參數均會對多個系能產生影響，各參 數小范圍浮動存在可預期性，當大范圍調整難以預期其對眾多性能影響。本發明的技術方 案是較為最佳的一個技術方案組，其最終效果遠優于現有市場銷售產品的性能。
【主權項】
1. 一種雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:組分包括:酚醛環氧樹脂100 重量份，E-22環氧樹脂50-200重量份，石墨稀3-5重量份，抗氧劑3-10重量份，復合填料30-50重量份，分散劑2-5重量份，顏料0-3重量份，復合固化劑10-25重量份，溶劑100-200重量 份。2. 如權利要求1所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述復合填料由 氮化硅、碳纖維粉和碳納米管按照2:5:2的重量比混合得到。3. 如權利要求2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述碳纖維粉的 直徑5-10微米，長徑比為5-8:1。4. 如權利要求2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述氮化硅粒徑 為10_50nm，所述碳納米管為鋸齒形碳納米管，粒徑為l_2nm、長度為20-50μηι。5. 如權利要求1或2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述復合固 化劑為酚醛改性酮亞胺和芳香族重氮鹽按照2: (3-8)的重量比混合。6. 如權利要求2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述碳納米管經 過濃硫酸-濃硝酸混合液氧化后，再經過偶聯劑改性得到。7. 如權利要求1或2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述抗氧劑 為抗氧劑1010,抗氧劑168或抗氧劑1076的一種或幾種混合。8. 如權利要求1或2所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料，其特征在于:所述顏料為 紅色顏料、黑色顏料、藍色顏料、綠色顏料、灰色顏料的一種或幾種混合物。9. 權利要求2-8任一項所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的制備方法，其特征在 于:步驟包括： (1) 稱取上述組分，并進行干燥除水處理； (2) 碳納米管經過濃硫酸-濃硝酸混合液氧化，再經過偶聯劑改性得到改性碳納米管； 改性碳納米管與所述石墨烯進行預混合，充分干燥，得到混合物A; (2)在無水避光條件下，酚醛環氧樹脂、E-22環氧樹脂、混合物A、氮化硅、分散劑和溶劑 進行充分混合，進而加入復合固化劑、抗氧劑、顏料進行混合，出料，封裝，即得納米碳材料 雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料。10. 權利要求1-8任一項所述雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料的使用方法，其特征在 于:所述納雙重固化耐磨單組份環氧樹脂涂料涂覆在需要涂覆的墻體或地面，使用紫外線 燈進行照射充分固化即可。
【文檔編號】C09D5/24GK106010142SQ201610639720
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月8日
【發明人】馬曉潔
【申請人】馬曉潔