一种石墨烯增强水基涂料、其制备和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理技术，涉及一种紫外激发石墨烯增强的水基涂料。
【背景技术】
[0002]水基涂料是一类以水为分散介质的有机防护涂料，涂覆固化后的涂层具有与传统有机溶剂型涂料相似或相当的防护能力或功能特性，可广泛应用于国防、工业、建筑等领域，具有节约能源、环境友好、施工简便等优势，越来越成为未来涂料行业的主力军。由于水基涂料分散介质的特殊性，许多传统溶剂型涂料中使用的功能性组分无法直接添加到水基涂料中，造成了水基涂料防腐、导电、导热、强度等方面的不足。
[0003]石墨烯是近年研究进展较快的一种材料，由于其二维结构的特点而展现出了极为优异的电学、热学、力学等方面的性能，并且由于尺寸效应和超高比表面积，石墨烯材料已经广泛应用于防腐领域。目前较为经济可行的石墨烯应用方法是氧化还原法，即从块状石墨出发，使用强氧化性物质将其氧化，引起层间排斥作用而较易分离成为氧化石墨烯，再将氧化石墨稀还原得到石墨稀加以应用。如中国专利CN103131232A公开了一种水性石墨稀导电涂料，该涂料以水性聚酯为成膜物，将氧化石墨烯溶于水后滴加水合肼进行还原，之后形成涂料。其不足之处在于:水合肼具有较大毒性，造成环境污染，且存在去除和石墨烯还原度不足等问题。中国专利CN103740152A公开了一种石墨烯改性的水性防腐涂料，该涂料将石墨烯或改性石墨烯添加到富锌或富铝乳液中，从而增强防腐能力。其不足之处在于:石墨烯在介质中可能引起严重的团聚，无法发挥石墨烯的结构和功能特性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提出一种改进的紫外激发石墨烯增强的水基涂料配方、其制备方法和使用方法，以便消除使用水合肼产生的较大毒性，避免环境污染；同时克服石墨烯在介质中可能发生的团聚问题，解决石墨烯的分散问题，最大程度发挥石墨烯的性能。
[0005]本发明的技术方案是:一种石墨烯增强水基涂料，其特征在于，它由组分I和组分
II混合而成，组分I和组分II的重量比为100:15?30 ;组分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%，余量为填料；成膜物为环氧树脂乳液或丙烯酸树脂乳液；石墨烯分散液为氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂的混合物，氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂三者的重量比为1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯为10层以下结构，纳米半导体为表面改性的氧化锌粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体或氧化钨粉体中的一种或几种，粉体粒径为20nm?50nm，溶剂为水、乙醇、异丙醇的其中一种或几种的混合物；填料是滑石粉、云母粉、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和着色颜料的混合物，滑石粉、云母粉、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和着色颜料的重量比为3:1:3:2:1 ;组分II为成膜物的交联剂，其中，成膜物为环氧树脂乳液时，组分II为胺加成物，成膜物为丙烯酸树脂乳液时，组分II为异氰酸酯。
[0006]如上面所述的石墨烯增强水基涂料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下:
[0007]1、制备组分1:
[0008]1.1、制备石墨烯分散液:按比例分别称取氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂，混合后在100W?150W功率下超声波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0009]1.2、配料:按比例分别称取成膜物、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，手工搅拌至少lmin，然后放入砂磨机研磨，直至细度低于40 μ m后出料，得到组分I ;
[0011]2、混合组分I和组分I1:按比例称取组分I和组分II，然后混合，手工搅拌至少lmin,即得到石墨稀增强水基涂料。
[0012]如上面所述石墨烯增强水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步骤如下:
[0013]1、基底预处理:用砂纸将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喷枪喷涂石墨烯增强水基涂料，涂覆厚度为
0.01mm ?1mm ；
[0015]3、固化:将涂覆的石墨烯增强水基涂料涂层在常温环境下固化7天?9天，然后使用紫外光源对石墨烯增强水基涂料涂层照射0.5h?3h ;紫外光源的波长为紫外全波段波长，功率密度为30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0016]本发明的优点是:提出了一种改进的紫外激发石墨烯增强的水基涂料配方、其制备方法和使用方法，消除了使用水合肼产生的较大毒性，避免了环境污染；同时克服了石墨烯在介质中可能发生的团聚问题，解决了石墨烯的分散问题，最大程度发挥了石墨烯的性會泛。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明做进一步详细说明。一种石墨烯增强水基涂料，其特征在于，它由组分I和组分II混合而成，组分I和组分II的重量比为100:15?30 ;组分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%，余量为填料；成膜物为环氧树脂乳液或丙烯酸树脂乳液；石墨烯分散液为氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂的混合物，氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂三者的重量比为1:1?5:1000 ;其中，氧化石墨烯为10层以下结构，纳米半导体为表面改性的氧化锌粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体或氧化钨粉体中的一种或几种，粉体粒径为20nm?50nm，溶剂为水、乙醇、异丙醇的其中一种或几种的混合物；填料是滑石粉、云母粉、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和着色颜料的混合物，滑石粉、云母粉、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和着色颜料的重量比为3:1:3:2:1 ;组分II为成膜物的交联剂，其中，成膜物为环氧树脂乳液时，组分II为胺加成物，成膜物为丙烯酸树脂乳液时，组分II为异氰酸酯。
[0018]如上面所述的石墨烯增强水基涂料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下:
[0019]1、制备组分1:
[0020]1.1、制备石墨烯分散液:按比例分别称取氧化石墨烯、纳米半导体和溶剂，混合后在100W?150W功率下超声波分散30min?60min，得到石墨烯分散液；
[0021]1.2、配料:按比例分别称取成膜物、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，手工搅拌至少lmin，然后放入砂磨机研磨，直至细度低于40 μ m后出料，得到组分I ;
[0023]2、混合组分I和组分I1:按比例称取组分I和组分II，然后混合，手工搅拌至少lmin,即得到石墨稀增强水基涂料。
[0024]如上面所述石墨烯增强水基涂料的使用方法，其特征在于，使用的步骤如下:
[0025]1、基底预处理:用砂纸将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喷枪喷涂石墨烯增强水基涂料，涂覆厚度为
0.01mm ?1mm ；
[0027]3、固化:将涂覆的石墨烯增强水基涂料涂层在常温环境下固化7天?9天，然后使用紫外光源对石墨烯增强水基涂料涂层照射0.5h?3h ;紫外光源的波长为紫外全波段波长，功率密度为30mW/cm2?250mW/cm 2。
[0028]本发明的工作原理是:将在水介质中溶解分散均匀的氧化石墨烯添加到涂料体系中，通过研磨实现了在涂料中的优异分散，涂覆成膜后，利用纳米半导体紫外光的激发效应，其能带电子结构的变化引起氧化石墨烯的还原，因此在涂层结构中直接得到均匀分散的石墨烯，进而形成石墨烯增强水基涂料涂层。
[0029]实施例1
[0030]1、制备石墨稀分散液: