防静电石墨烯涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了防静电石墨烯涂料及其制备方法，该涂料包括如下组分：石墨烯粉、萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂、多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化钒、阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇、苯甲酸钠、纳米凹凸棒土、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁、丁基羟基茴香醚、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂、γ?巯丙基三甲氧基硅烷、流平剂、溶剂。本发明制备的石墨烯涂料的表面电阻低于8×103Ω，抗静电性能好，同时硬度高、附着力强、抗冲击强度高，耐刮，使用寿命长，综合性能良好；同时制备工艺简单，制作成本较低，适合普遍推广应用。
【专利说明】
防静电石墨烯涂料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于涂料技术领域，具体涉及防静电石墨烯涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自2004年英国科学家发现了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的、其基本 结构单元为有机材料中最稳定的六元环新型二维原子晶体-石墨烯以来，石墨烯因其良好 的耐磨耐刮、抗静电、导电、抗菌防霉性、抗紫外性、阻燃性等，在集成电路、晶体管、导热材 料/热界面材料、超级电容器、储能材料、抗菌材料、增强材料、防腐涂料等领域获得了广泛 的应用。
[0003] 静电是一种由于接触或摩擦等产生的电荷聚集的现象，日常生活中，由于气候、环 境、物理影响会产生静电，而静电的存在会给电子器件带来信号或稳定性影响，甚至导致仪 器故障，更严重的还会引发燃烧或爆炸等严重危害。防静电涂料是具有导电和排除积累静 电荷能力的功能性涂料，不仅具有装饰的基本功能，还具有抗静电功能，在许多领域备受关 注。然而，目前市面上的绝大多数防静电涂料添加金属及金属系化合物，其制作成本不仅较 高，而且工艺复杂，同时还容易腐蚀，这些都在一定程度上限制了防静电涂料的应用范围。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决现有技术问题的至少一种，提供防静电石墨烯涂料及其制备方 法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的： 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉7-15份、萜烯树脂24-32份、端 环氧基改性聚氨酯树脂16-28份、多聚磷酸钠4-9份、硅酸锆2-5份、二硼化钒3-6份、阿拉伯 树胶2-5份、环糊精2-6份、鲸蜡醇1-5份、苯甲酸钠3-6份、纳米凹凸棒土4-8份、二甲基二巯 基乙酸异辛酯锡1-4份、硫酸镁3-7份、丁基羟基茴香醚4-9份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂 1-5份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷2-6份、流平剂4-7份、溶剂60-100份； 所述溶剂包括质量比为1-4:2-5:0.5-2:1-3的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲 酰胺。
[0006] 优选的，所述的防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉13份、萜 烯树脂28份、端环氧基改性聚氨酯树脂19份、多聚磷酸钠7份、硅酸锆3份、二硼化钒4份、阿 拉伯树胶3份、环糊精5份、鲸蜡醇2份、苯甲酸钠3份、纳米凹凸棒土 6份、二甲基二巯基乙酸 异辛酯锡2份、硫酸镁4份、丁基羟基茴香醚5份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂3.8份、γ-巯丙 基三甲氧基硅烷5份、流平剂4份、溶剂78份。
[0007] 优选的，所述流平剂为丙烯酸流平剂或有机硅流平剂。
[0008] 优选的，所述溶剂包括质量比为2: 3:1: 2的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基 甲酰胺。
[0009 ]上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和N，N-二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散5-15分钟，然后控制体系温度为60-80°C，反应8-16小时，冷却至 室温制得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至50-70°C，以500-1200 转/分的速度搅拌15-30分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟， 制得混合液A; (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以700-1200转/分的速度搅拌10-35分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1000-1500转/分的速度搅拌15-35分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以300-600转/分的速度搅拌20-35分 钟，研磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0010]优选的，在步骤(1)中，超声分散12分钟，然后控制体系温度为75°C，反应10小时。 [0011]优选的，在步骤(2)中，升温至58°C，以700转/分的速度搅拌28分钟。
[0012]优选的，在步骤(3)中，以900转/分的速度搅拌25分钟;在步骤(4)中，以1300转/分 的速度搅拌18分钟;在步骤(5)中，以400转/分的速度搅拌25分钟。
[0013] 由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 本发明制备的石墨烯涂料的表面电阻低于8Χ103Ω，抗静电性能好，同时硬度高、附着 力强、抗冲击强度高，耐刮，使用寿命长，综合性能良好;同时制备工艺简单，制作成本较低， 适合普遍推广应用。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。
[0015] 实施例1 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉7份、萜烯树脂24份、端环氧基 改性聚氨酯树脂16份、多聚磷酸钠4份、硅酸锆2份、二硼化钒3份、阿拉伯树胶2份、环糊精2 份、鲸蜡醇1份、苯甲酸钠3份、纳米凹凸棒土 4份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡1份、硫酸镁3 份、丁基羟基茴香醚4份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂1份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷2份、丙 烯酸流平剂4份、溶剂60份； 所述溶剂包括质量比为1:2:0.5:1的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰胺。
[0016] 上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散5-15分钟，然后控制体系温度为60°C，反应8小时，冷却至室温制 得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至50°C，以500转/分的 速度搅拌30分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟，制得混合液 A； (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以700转/分的速度搅拌35分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1000转/分的速度搅拌15分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以300转/分的速度搅拌20分钟，研 磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0017] 实施例2 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉15份、萜烯树脂32份、端环氧 基改性聚氨酯树脂28份、多聚磷酸钠9份、硅酸锆5份、二硼化钒6份、阿拉伯树胶5份、环糊精 6份、鲸蜡醇5份、苯甲酸钠6份、纳米凹凸棒土 8份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡4份、硫酸镁7 份、丁基羟基茴香醚9份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂5份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷6份、有 机硅流平剂7份、溶剂100份； 所述溶剂包括质量比为4:5:2:3的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰胺。
[0018] 上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散15分钟，然后控制体系温度为80°C，反应16小时，冷却至室温制 得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至70°C，以1200转/分的 速度搅拌15分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟，制得混合液 A； (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以1200转/分的速度搅拌10分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1500转/分的速度搅拌35分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以600转/分的速度搅拌35分钟，研 磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0019] 实施例3 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉11份、萜烯树脂28份、端环氧 基改性聚氨酯树脂22份、多聚磷酸钠6份、硅酸锆3.5份、二硼化钒4.5份、阿拉伯树胶3.5份、 环糊精4份、鲸蜡醇3份、苯甲酸钠4份、纳米凹凸棒土 6份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡2.5 份、硫酸镁5份、丁基羟基茴香醚6份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂3份、γ-巯丙基三甲氧基 硅烷4份、丙烯酸流平剂5份、溶剂80份； 所述溶剂包括质量比为2.5 :3.5 :1.2: 2的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰 胺。
[0020] 上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1)先将石墨烯粉和Ν，Ν_二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散10分钟，然后控制体系温度为70°C，反应12小时，冷却至室温制 得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至60°C，以850转/分的 速度搅拌22分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟，制得混合液 A； (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以950转/分的速度搅拌22分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1250转/分的速度搅拌22分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以450转/分的速度搅拌27分钟，研 磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0021] 实施例4 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉13份、萜烯树脂28份、端环氧 基改性聚氨酯树脂19份、多聚磷酸钠7份、硅酸锆3份、二硼化钒4份、阿拉伯树胶3份、环糊精 5份、鲸蜡醇2份、苯甲酸钠3份、纳米凹凸棒土 6份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡2份、硫酸镁4 份、丁基羟基茴香醚5份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂3.8份、γ-巯丙基三甲氧基硅烷5份、 有机硅流平剂4份、溶剂78份； 所述溶剂包括质量比为2:3:1:2的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰胺。
[0022 ]上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散12分钟，然后控制体系温度为75°C，反应10小时，冷却至室温制 得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至58°C，以700转/分的 速度搅拌28分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟，制得混合液 A； (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以900转/分的速度搅拌25分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1300转/分的速度搅拌18分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以400转/分的速度搅拌25分钟，研 磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0023] 实施例5 防静电石墨烯涂料，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉9份、萜烯树脂26份、端环氧基 改性聚氨酯树脂19份、多聚磷酸钠8份、硅酸锆4份、二硼化钒5份、阿拉伯树胶4份、环糊精6 份、鲸蜡醇3份、苯甲酸钠4份、纳米凹凸棒土 6份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡2份、硫酸镁6 份、丁基羟基茴香醚7份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂4份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷5份、丙 烯酸流平剂6份、溶剂95份； 所述溶剂包括质量比为2.8:3.6:1.3:1.5的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰 胺。
[0024] 上述防静电石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和N，N_二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散12分钟，然后控制体系温度为68°C，反应14小时，冷却至室温制 得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至55°C，以800转/分的 速度搅拌25分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟，制得混合液 A； (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以850转/分的速度搅拌24分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1100转/分的速度搅拌20分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以400转/分的速度搅拌25分钟，研 磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。
[0025] 对比例1 本对比例与实施例1相同，不同之处在于:不含硅酸锆、二硼化钒和丁基羟基茴香醚。
[0026] 对比例2 本对比例与实施例1相同，不同之处在于:不含多聚磷酸钠、硫酸镁和鲸蜡醇。
[0027]性能测试 各实施例剂对比例制备的石墨烯涂料涂覆于PET基材上，进行相关性能测试，其测试结 果见下表所示：
由上表可知，本发明制备的石墨烯涂料的表面电阻低于8 X 103 Ω，抗静电性能好，同时 硬度高、附着力强、抗冲击强度高，耐刮，使用寿命长，综合性能良好；同时制备工艺简单，制 作成本较低，适合普遍推广应用。
【主权项】
1. 防静电石墨烯涂料，其特征在于，包括如下重量份数的组分:石墨烯粉7-15份、萜烯 树脂24-32份、端环氧基改性聚氨酯树脂16-28份、多聚磷酸钠4-9份、硅酸锆2-5份、二硼化 钒3-6份、阿拉伯树胶2-5份、环糊精2-6份、鲸蜡醇1 -5份、苯甲酸钠3-6份、纳米凹凸棒土 4-8 份、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡1-4份、硫酸镁3-7份、丁基羟基茴香醚4-9份、异丁基三乙氧 基硅烷偶联剂1 -5份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷2-6份、流平剂4-7份、溶剂60-100份； 所述溶剂包括质量比为1-4: 2-5:0.5-2:1-3的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲 酰胺。2. 如权利要求1所述的防静电石墨烯涂料，其特征在于，包括如下重量份数的组分:石 墨烯粉13份、萜烯树脂28份、端环氧基改性聚氨酯树脂19份、多聚磷酸钠7份、硅酸锆3份、二 硼化钒4份、阿拉伯树胶3份、环糊精5份、鲸蜡醇2份、苯甲酸钠3份、纳米凹凸棒土 6份、二甲 基二巯基乙酸异辛酯锡2份、硫酸镁4份、丁基羟基茴香醚5份、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂 3.8份、γ -巯丙基三甲氧基硅烷5份、流平剂4份、溶剂78份。3. 如权利要求1所述的防静电石墨烯涂料，其特征在于，所述流平剂为丙烯酸流平剂或 有机硅流平剂。4. 如权利要求1所述的防静电石墨烯涂料，其特征在于，所述溶剂包括质量比为2:3:1: 2的乙醇、异丙醇、醋酸丁酯和Ν，Ν-二甲基甲酰胺。5. 如权利要求1至4任意一项所述的防静电石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括 以下步骤： (1) 先将石墨烯粉和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合后，超声分散均匀，再加入异丁基三乙氧基 硅烷偶联剂混合，超声分散5-15分钟，然后控制体系温度为60-80°C，反应8-16小时，冷却至 室温制得改性石墨烯分散液； (2) 将萜烯树脂、端环氧基改性聚氨酯树脂加入搅拌罐中，升温至50-70°C，以500-1200 转/分的速度搅拌15-30分钟;然后加入异丙醇和醋酸丁酯，以650转/分的速度搅拌30分钟， 制得混合液A; (3) 将γ -巯丙基三甲氧基硅烷和乙醇混合均匀，然后加入多聚磷酸钠、硅酸锆、二硼化 钒、纳米凹凸棒土，超声分散30分钟后与改性石墨烯分散液、混合液Α-起投入到高速搅拌 机中，以700-1200转/分的速度搅拌10-35分钟； (4) 向上述高速搅拌机中加入苯甲酸钠、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、硫酸镁和丁基羟 基茴香醚，以1000-1500转/分的速度搅拌15-35分钟； (5) 再加入阿拉伯树胶、环糊精、鲸蜡醇和流平剂，以300-600转/分的速度搅拌20-35分 钟，研磨，消泡即得防静电石墨烯涂料。6. 如权利要求5所述的防静电石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，在步骤（1)中，超声 分散12分钟，然后控制体系温度为75°C，反应10小时。7. 如权利要求5所述的防静电石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，升温 至58°C，以700转/分的速度搅拌28分钟。8. 如权利要求5所述的防静电石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，在步骤（3)中，以 900转/分的速度搅拌25分钟;在步骤(4)中，以1300转/分的速度搅拌18分钟;在步骤(5)中， 以400转/分的速度搅拌25分钟。
【文档编号】C09D145/00GK106010060SQ201610447055
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】彭孝茹
【申请人】苏州法斯特信息科技有限公司