一种石墨烯阻燃高强涂料及其制备方法与流程

2021-02-02 17:02:14|

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本发明涉及一种涂料及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯阻燃高强涂料及其制备方法。

背景技术：

石石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种石墨烯涂料及其制备方法，将石墨烯融入到涂料各组分中，起到增强、防水、防腐蚀、阻燃等作用，提高使用寿命，同时石墨烯具有优异的抗菌效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯阻燃高强涂料，其中，所述的涂料的原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯20％～40％，聚醚多元醇10％～30％，端氨基聚醚20％～40％，扩链剂10％～20％，氧化石墨烯1％～10％，改性剂0.1％～1％，颜料0.1％～5％，阻燃剂0.1％～5％。

上述的石墨烯阻燃高强涂料，其中，所述的阻燃剂包含硼酸盐、氧化锌、三氧化二锑、甲基膦酸二甲酯、磷酸三苯酯、多聚磷酸铵中的任意一种或多种。

上述的石墨烯阻燃高强涂料，其中，所述的改性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡络烷酮、羟甲基纤维素中的任意一种或多种。

上述的石墨烯阻燃高强涂料，其中，所述的扩链剂包含异佛尔酮二胺、二甲硫基甲苯二胺、n,n’二烷基苯二胺、n,n’-二烷基甲基二胺中的任意一种或多种。

上述的石墨烯阻燃高强涂料，其中，所述的氧化石墨烯采用的石墨烯是通过机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法中的任意一种方法制备的。

本发明还提供了上述的石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备a组分；步骤3，制备b组分；步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

上述的石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其中，所述的步骤2中，将聚醚多元醇加热，真空搅拌，氮气保护下进行冷却，加入二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯、氧化石墨烯反应，完成后生成预聚物，充氮气保护，得到a组分。

上述的石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其中，所述的步骤2中，将聚醚多元醇加热到80-90℃，真空搅拌1-2h，氮气保护下冷却至70℃，加入二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯、氧化石墨烯反应反应1-2h。

上述的石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其中，所述的步骤3中，将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

上述的石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其中，所述的步骤4中，将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：(0.5～2)；喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

本发明提供的石墨烯阻燃高强涂料及其制备方法具有以下优点：

该石墨烯阻燃高强防腐涂料通过喷涂工艺涂覆在防护产品及路面、泳池、隧道、管道、彩钢板等建筑、建材表面，起到增强、防水、防腐蚀以及阻燃等作用，提高使用寿命，减少火灾发生。同时石墨烯具有优异的抗菌效果，喷涂在头盔、手套等产品上不仅具有耐磨、增强、防腐蚀、阻燃功能，还具有抗菌除菌功能，保护人体健康、提高产品使用范围。

本方法制备的石墨烯阻燃高强防腐涂料，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯(mdi)20％～40％，聚醚多元醇10％～30％，端氨基聚醚20％～40％，扩链剂10％～20％，氧化石墨烯1％～10％，改性剂0.1％～1％，颜料0.1％～5％，阻燃剂0.1％～5％。

优选地，阻燃剂包含硼酸盐、氧化锌、三氧化二锑、甲基膦酸二甲酯、磷酸三苯酯、多聚磷酸铵等中的任意一种或多种。

改性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡络烷酮(pvp)、羟甲基纤维素等中的任意一种或多种。

扩链剂包含异佛尔酮二胺(ipda)、二甲硫基甲苯二胺、n,n’二烷基苯二胺、n,n’-二烷基甲基二胺等中的任意一种或多种。

氧化石墨烯采用的石墨烯是通过机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的。

本发明还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备a组分；步骤3，制备b组分；步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

步骤2中，将聚醚多元醇加热，真空搅拌，氮气保护下进行冷却，加入二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯、氧化石墨烯反应，完成后生成预聚物，充氮气保护，得到a组分。

步骤2中，将聚醚多元醇加热到80-90℃，真空搅拌1-2h，氮气保护下冷却至70℃，加入二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯、氧化石墨烯反应反应1-2h。

步骤3中，将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4中，将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：(0.5～2)。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

下面结合实施例对本发明提供的石墨烯阻燃高强涂料及其制备方法做更进一步描述。

实施例1

一种石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯40％，聚醚多元醇10％，端氨基聚醚20％，扩链剂10％，氧化石墨烯9％，改性剂1％，颜料5％，阻燃剂5％。

优选地，阻燃剂包含硼酸盐。改性剂包含聚乙烯醇。扩链剂包含异佛尔酮二胺。氧化石墨烯采用的石墨烯是通过机械剥离法制备的。

本实施例还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料。

步骤2，制备a组分。

将聚醚多元醇加热到80-90℃，真空搅拌1-2h，氮气保护下冷却至70℃，加入二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯、氧化石墨烯反应反应1-2h，完成后生成预聚物，充氮气保护，得到a组分。

步骤3，制备b组分。

将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：0.5。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

实施例2

一种石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯20％，聚醚多元醇30％，端氨基聚醚24.7％，扩链剂15％，氧化石墨烯10％，改性剂0.1％，颜料0.1％，阻燃剂0.1％。

优选地，阻燃剂包含氧化锌和三氧化二锑。改性剂包含聚乙二醇。扩链剂包含二甲硫基甲苯二胺。氧化石墨烯采用的石墨烯是通过液相剥离法制备的。

本实施例还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料。

步骤2，制备a组分。

步骤3，制备b组分。

将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：0.8。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

实施例3

一种石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯22.5％，聚醚多元醇12％，端氨基聚醚40％，扩链剂20％，氧化石墨烯1％，改性剂0.5％，颜料2％，阻燃剂2％。

优选地，阻燃剂包含甲基膦酸二甲酯或磷酸三苯酯。改性剂包含聚乙烯吡络烷酮。扩链剂包含n,n’二烷基苯二胺。氧化石墨烯采用的石墨烯是通过化学气相沉积法制备的。

本实施例还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料。

步骤2，制备a组分。

步骤3，制备b组分。

将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：1。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

实施例4

一种石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯26.7％，聚醚多元醇20％，端氨基聚醚30％，扩链剂12％，氧化石墨烯5％，改性剂0.3％，颜料3％，阻燃剂3％。

优选地，阻燃剂包含多聚磷酸铵。改性剂包含羟甲基纤维素。扩链剂包含n,n’-二烷基甲基二胺。氧化石墨烯采用的石墨烯是通过氧化还原法制备的。

本实施例还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料。

步骤2，制备a组分。

步骤3，制备b组分。

将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：1.5。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

实施例5

一种石墨烯阻燃高强涂料，其原料按质量百分比计包含：二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯30％，聚醚多元醇13.2％，端氨基聚醚32％，扩链剂16％，氧化石墨烯3％，改性剂0.8％，颜料1％，阻燃剂4％。

优选地，阻燃剂包含硼酸盐、氧化锌、三氧化二锑、甲基膦酸二甲酯、磷酸三苯酯、多聚磷酸铵中的任意一种或多种。

改性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡络烷酮、羟甲基纤维素中的任意一种或多种。

扩链剂包含异佛尔酮二胺、二甲硫基甲苯二胺、n,n’二烷基苯二胺、n,n’-二烷基甲基二胺中的任意一种或多种。

氧化石墨烯采用的石墨烯是通过机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法中的任意一种方法制备的。

本实施例还提供了该石墨烯阻燃高强涂料的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料。

步骤2，制备a组分。

步骤3，制备b组分。

将改性剂、颜料、端氨基聚醚、扩链剂加入到反应釜中，加热40-60℃，反应混合均匀，得到b组分。

步骤4，将a组分和b组分，通过专用喷涂设备，喷出混合、固化。

将a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化，a组分和b组分质量的混合比为1：2。

优选地，a组分和b组分通过喷枪喷出混合、固化时，涂料喷涂温度控制在40～70℃，将涂料涂覆在产品表面。

本发明提供的石墨烯阻燃高强涂料及其制备方法，旨在利用改性氧化石墨烯溶液分散体系，制备一种新型石墨烯阻燃高强防腐涂料，将石墨烯融入到涂料各组分中，通过喷涂工艺涂覆在防护产品及路面、泳池、隧道、管道、彩钢板等建筑、建材表面，起到增强、防水、防腐蚀、阻燃等作用，提高使用寿命。同时石墨烯具有优异的抗菌效果，喷涂在头盔、手套等产品上不仅具有耐磨、增强、防腐蚀功能，还具有抗菌除菌功能，提高产品使用范围。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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