一种UV固化导电石墨烯涂料及其施工方法与流程

一种uv固化导电石墨烯涂料及其施工方法
技术领域
1.本发明涉及导电涂料领域，尤其是涉及一种uv固化导电石墨烯涂料及其施工方法。


背景技术：

2.石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料，由碳原子按照六边形进行排布而组成。碳碳原子之间由sp2杂化结合而成，其结构非常稳定。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质：石墨烯是目前发现的硬度最大的物质，且有极好的力学性能，具有突出的导热性能，可高达3000w/(m
·
k)；此外，石墨烯还具有良好的导电性，在室温下，其电子迁移率可高达20000cm2/(v
·
s)。
3.石墨烯作为增强材料加入到涂料中，除了增强涂料的强度外还可以使涂料具有防腐、发热、导电、强度、防静电等优良的性能。因此，近年来石墨烯涂料得到了越来越多的关注和研究。例如，在中国专利文献上公开的“一种含石墨烯水性电热功能涂料用导电组合物及其应用”，其公开号cn109972409a，该含石墨烯水性电热功能涂料用导电组合物组成：1～10份石墨烯、2～15份功能导电填料、5～50份水性粘结剂。
4.但是，由于石墨烯具有较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，因此石墨烯在涂料中极易出现团聚现象，不仅降低了自身的吸附能力而且影响石墨烯自身优异性能的发挥；并且，这种团聚是不可逆的，除非施加外力，如超声和强力搅拌，使其均匀分散，这对石墨烯涂料的施工造成了较大难度，限制了石墨烯在涂料中的使用。


技术实现要素：

5.本发明是为了克服现有技术中的石墨烯导电涂料中石墨烯易团聚，对涂料性能的提升有限的问题，提供一种uv固化导电石墨烯涂料及其施工方法，通过各光固化单体与聚氨酯丙烯酸酯树脂的复配，使涂料具有uv固化性能，并使石墨烯导电填料可以在层间浮动，从而在施工过程中可通过外加电流调整石墨烯导电填料在涂层内的分散连续性，阻碍石墨烯团聚，保证了石墨烯导电涂层的铺设效果且易于大面积施工，石墨烯不易团聚。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：其中，光固化单体包括：四氢呋喃丙烯酸酯
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45～55份
丙烯酸羟乙酯
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10～30份；季戊四醇四丙烯酸酯
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5～15份。
7.本发明将具有uv固化性能的聚氨酯丙烯酸酯树脂与光固化单体复配，使涂料具有uv固化性能，涂料的固化易于控制，便于施工。同时，本发明对光固化单体的种类和用量进行选择和调整，通过丙烯酸羟乙酯调节涂料粘度在1000cps/25℃以下，使石墨烯导电填料可以在涂层内浮动，便于施工时通过外加电流调节石墨烯导电填料在涂层内的位置，避免石墨烯导电填料的团聚和沉淀；本发明还添加了四氢呋喃丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯对涂层的附着性能和交联度进行调节，使导电填料可以在涂层内浮动的同时，也能确保涂层具有良好的附着力和力学性能，提升涂层的使用寿命。并且，本发明对石墨烯导电填料的用量进行控制，在保证涂层导电性能的同时，避免石墨烯导电填料加入过多造成团聚，影响涂层强度，抗腐蚀性能，提升了涂料的施工性能。
8.作为优选，所述的聚氨酯丙烯酸酯树脂为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂。脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂的强度高、附着力好、弹性优异，可使涂层具有较好的附着力和力学性能。
9.作为优选，所述的光引发剂选自bpo、itx、tpo、光引发剂184中的一种或多种。
10.作为优选，所述的石墨烯导电填料选自单层氧化石墨烯、单层石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。
11.作为更优选，所述的导电填料为单层石墨烯。采用单层石墨烯作为导电填料，控制导电填料加入量，涂层在通电后具有发热功能，可用于地暖加热。
12.作为优选，所述的助剂选自流平剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、流变剂、阻聚剂中的一种或多种。
13.本发明还提供了一种上述uv固化导电石墨烯涂料的施工方法，包括如下步骤：(1)铺设辅助导电层；(2)在辅助导电层上铺设绝缘涂层；(3)在绝缘涂层上涂覆所述uv固化导电石墨烯涂料，流平后形成uv导电石墨烯涂层；(4)通过单极直流电源在所述辅助导电层和uv导电石墨烯涂层内通入相同电极的电流，调整石墨烯导电填料在uv导电石墨烯涂层内的分散情况；(5)待石墨烯导电填料稳定后，用紫外光源对uv导电石墨烯涂层进行固化。
14.本发明在施工过程中，将uv固化导电涂料涂覆在辅助导电层上的绝缘涂层上，流平后在辅助导电层和uv导电石墨烯涂层内通入相同电极的电流，通过同极电流的互斥性，使uv导电石墨烯涂层内的石墨烯导电填料在斥力作用下运动，最终在uv导电石墨烯涂层内分散均匀，保证了导电填料在涂层内的分散连续性及与下层间距的均一性，提升了导电涂层的铺设效果，且操作简单，易于大面积施工。
15.作为优选，步骤(1)中所述的辅助导电层为导电金属或添加有导电填料的有机涂层。对于钢材等导电金属的防护可以直接以基材作为辅助导电层，不额外铺设辅助导电层；对于不导电的基材，可以铺设导电铜箔或添加有导电填料的有机涂层作为辅助导电层。优选的，添加有导电填料的有机涂层的厚度为0.08～0.1mm。
16.作为优选，步骤(2)中所述的绝缘涂层内具有发泡的多孔结构；绝缘涂层的厚度为
1～3mm。本发明中的uv导电石墨烯涂层和绝缘涂层、辅助导电层之间可以形成电容，将此电容结构与物联网技术结合，可形成智能地坪，通过人体接触地面过程中引起的电容变化记录地面上人的行为数据。而绝缘涂层采用发泡的多孔涂层，不仅可以使地坪具有保温、隔音等功能，还具有更好的弹性和形状恢复力，为电容形变提供良好的性能，提升智能地坪的使用性能。
17.作为优选，步骤(3)中得到的uv导电石墨烯涂层的厚度为0.3～1mm。
18.作为优选，步骤(4)中通电时的电压为3～10v。
19.作为优选，步骤(5)中紫外光源的波长为350～380nm。
20.因此，本发明具有如下有益效果：(1)将具有uv固化性能的聚氨酯丙烯酸酯树脂与光固化单体复配，使涂料具有uv固化性能，涂料的固化易于控制，便于施工；(2)对光固化单体的种类和用量进行选择和调整，使导电填料可以在涂层内浮动，便于施工时通过外加电流调节导电填料在涂层内的位置，避免石墨烯导电填料的团聚和沉淀，同时也能确保涂层具有良好的附着力和力学性能，提升涂层的使用寿命；(3)施工过程中在辅助导电层和uv导电石墨烯涂层内通入相同电极的电流，通过同极电流的互斥性，使石墨烯导电填料在在uv导电石墨烯涂层内分散均匀，保证了石墨烯导电填料在涂层内的分散连续性及与下层间距的均一性。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
22.在本发明中，若非特指，所有原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
23.实施例1：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
24.实施例2：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
25.实施例3：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
26.对比例1(光固化涂料粘度较高)：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
27.对比例2(光固化涂料单层石墨烯加入量过多)：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
28.对比例3(光固化涂料不加入单层石墨烯)：一种uv固化导电石墨烯涂料，以重量份计，组分包括：
29.应用例1：一种实施例1中的uv固化导电石墨烯涂料在钢结构防腐涂层中的应用，所述的钢结构防腐涂层包括从下至上依次设置的pae聚脲底层、pae聚脲绝缘层及uv导电石墨烯防腐涂层；其中，uv导电石墨烯防腐涂层由实施例1中的uv固化导电石墨烯涂料制成，厚度为
0.5mm。
30.pae聚脲底层由包括a组分和b组分的双组份低粘度pae聚脲涂料制成，厚度为0.2mm；双组份低粘度pae聚脲涂料的配方如下：pae聚脲绝缘层由包括a组分和b组分的双组份pae聚脲涂料制成，厚度为0.2mm；双组份pae聚脲涂料的配方如下：上述钢结构防腐涂层的施工方法为：(1)钢结构表面除锈，作为辅助导电层；(2)将双组份低粘度pae聚脲涂料的a组分和b组分混合后，采用喷涂工艺涂覆在钢结构表面，固化后得到pae聚脲底层；(3)将双组份pae聚脲涂料的a组分和b组分混合后，采用喷涂或滚涂工艺涂覆在pae聚脲底层表面，固化后得到pae聚脲绝缘层；(4)采用喷涂或滚涂工艺将实施例1中的uv固化导电石墨烯涂料涂覆在pae聚脲绝缘层表面，流平后形成uv导电石墨烯防腐涂层；通过单极直流电源在钢结构辅助导电层和uv导电石墨烯防腐涂层内通入相同电极的电流，通电电压为5v；待导石墨烯电填料稳定后，用波长365nm的紫外光源对uv导电石墨烯防腐涂层进行固化，完成钢结构防腐涂层的施工。
31.对比应用例1：对比应用例1中的uv导电石墨烯防腐涂层由对比例1中的uv固化导电石墨烯涂料制成，其余均与应用例1中相同。
32.对比应用例2：对比应用例2中的uv导电石墨烯防腐涂层由对比例2中的uv固化导电石墨烯涂料制成，其余均与应用例1中相同。
33.对比应用例3(施工时不通电)：对比应用例3中的钢结构防腐涂层的各层配方与对比应用例1中相同，其施工方法为：(1)将双组份低粘度pae聚脲涂料的a组分和b组分混合后，采用喷涂工艺涂覆在基材表面，固化后得到pae聚脲底层；(2)将双组份pae聚脲涂料的a组分和b组分混合后，采用喷涂或滚涂工艺涂覆在pae聚脲底层表面，固化后得到pae聚脲绝缘层；(3)采用喷涂或滚涂工艺将uv固化导电石墨烯涂料涂覆在pae聚脲绝缘层表面，流
平后用波长365nm的紫外光源对uv导电石墨烯涂层进行固化，完成钢结构防腐涂层的施工。
34.对上述实施例和对比例中的uv固化导电石墨烯涂料的强度、流平性、耐老化、耐盐雾等性能进行测试，结果如表1中所示。
35.表1：uv固化导电石墨烯涂料性能测试结果。
36.对比上述应用例和对比应用例中的钢结构防腐性能进行测试，结果如表2中所示。
37.表2：钢结构防腐性能测试结果。
38.从表1和表2中可以看出，实施例中采用本发明中的配方制得的uv固化导电石墨烯涂料在具有良好附着力的同时具有较好的流平性和较低的粘度，石墨烯导电填料可在层内浮动。将其用于钢结构防腐涂层中时，施工过程中可通过电流对uv导电石墨烯涂层内的导电涂料分散性进行调整，保证防腐涂层的性能，能有效提升树脂强度、附着力、防腐性能。
39.而对比例1中的光固化单体不添加丙烯酸羟乙酯，uv固化导电石墨烯涂料的粘度较高，通电时石墨烯导电填料无法在层间浮动，导致对比应用例2中的防腐层中石墨烯分布不均匀，防腐性下降。
40.对比例2中的涂料中加入导电石墨烯过多导致部分石墨烯团聚，不仅造成原料的浪费，团聚后石墨烯造成涂层拉伸强度下降。对比例3中不在涂料中添加导电石墨烯，涂层的耐候性差。
41.对比应用例3中在uv导电石墨烯涂层施工时不通电调节石墨烯导电填料的分散，导电层分布不均匀有断点，断点处防腐、耐老化性能降低。