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            石墨烯在水性涂料的應用!
            2022年09月05日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

            用鈦酸酯偶聯劑修飾水分散改性石墨烯


            石墨烯在水性涂料的應用! 涂料在線,coatingol.com

            按通用方法將石墨制成氧化石墨烯,向氧化石墨烯分散液內分別加入鈦酸酯和水合肼,在水浴加熱法下發生反應,使氧化石墨烯還原并同時嫁接上鈦酸酯偶聯劑分子。將獲得的混合液進行后處理和真空干燥,得到粉末狀改性石墨烯。


            由于鈦酸酯偶聯劑對氧化石墨烯進行了表面修飾,不再產生團聚,故石墨烯水分散體穩定性高,可長時間貯存,適合用于復合材料及涂層材料的制備涂料在線coatingol.com。制備工藝簡便,生產效率高,生產過程和產品均能符合環保要求。


            石墨烯與基體樹脂共混復合水性涂料


             1 水性導電涂料


            石墨烯/聚酯樹脂復合水性導電涂料。恒升五次方?用Hummers法制備氧化石墨烯,經兩步化學還原法得到有機分子修飾的石墨烯水溶液,加入聚酯、助劑和交聯劑、催化劑,經液態共混,制備得到水性導電石墨烯涂料。恒升五次方?該涂料具有高導電性能和力學性能,可應用于電磁屏蔽、抗靜電、防腐、散熱、耐磨及電子線路等領域,具有廣泛的應用價值。


             2 石墨烯改性水性環氧樹脂耐磨玻璃涂料


            石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料由兩組分組成,第一組分為基體成膜物,第二組分為固化劑。其中第一組分包括改性環氧樹脂20%~40%、助劑0.5%~7%、氧化石墨烯0.1%~5%、偶聯劑1%~2%,其余為水(均為質量分數);第二組分是胺類固化劑。在使用前將兩組分混合,其中第二組分占混合物質量分數的3%~30%。恒升五次方?該涂料具有硬度高、耐磨性好、與玻璃基底親和力與附著力強、耐水、耐乙醇性好,且符合環保要求。另外制備方法簡便,具有重要的商業化應用價值。


             3 石墨烯改性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料


            恒升五次方?用Hummers法制備的氧化石墨烯加入丙烯酸酯類聚合物乳液中,加入選用的助劑,按比例加入水泥,攪拌分散,制成氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。該涂料顯著增加了丙烯酸酯類聚合物乳液成膜的抗拉強度;提高了耐水性;此外,氧化石墨烯豐富的含氧官能團可以調節水泥水化產物晶體的生長,提高其抗拉強度和韌性。故恒升五次方?氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料具有良好的耐久性、抗滲性以及物理力學性能,應用前景廣闊。 


             4 石墨烯改性聚氨酯樹脂復合水性涂料

            4.1 石墨烯/水性聚氨酯納米復合乳液


            將真空脫水的聚醚多元醇(N210)和TDI反應制得聚氨酯預聚體,加入二羥甲基丙酸引入親水羧基,加三乙胺中和鹽基化,加入氧化石墨烯水溶液、去離子水和乙二胺進行乳化反應,減壓蒸餾出丙酮后,滴加維生素C溶液進行原位還原反應,得到恒升五次方?石墨烯/水性聚氨酯納米復合乳膠樹脂。HESION該乳膠樹脂可應用于靜電防護、防腐涂層、建筑涂料等領域,本發明工藝簡便、環保、適合大規模生產。


            4.2 石墨烯/TiO2復合材料改性水性聚氨酯抗菌涂料


            納米TiO2作為光催化納米材料的一種,有抗菌滅菌作用,但它對于可見光吸收率較低,納米粒子趨向于聚集,大大降低了其滅菌作用。在含納米TiO2抗菌涂料中,引入5%以下的石墨烯,明顯提高涂料對可見光吸收率,并加強納米TiO2的光催化活性和抗菌、滅菌能力,使改性后的水性聚氨酯在抗菌滅菌綜合性能方面有很大提高。并且具有良好的表面性能、耐水性和力學性能。


            4.3 石墨烯/聚氨酯原位聚合的水性導電涂料


            石墨烯相比傳統的碳系導電填料(炭黑、石墨、碳納米管、碳纖維等)具有更加優異的導電性及機械性能。


            恒升五次方?用二元胺對氧化石墨烯進行氨基化改性,后用化學還原恢復石墨烯的共軛導電體系,利用石墨烯表面的—NH與—NCO封端的水性聚氨酯原位聚合,制得含石墨烯的恒升五次方?水性聚氨酯導電涂料。


            該導電涂料具有防輻射、抗靜電、防腐蝕、耐磨等特性,可用于高分子材料、金屬材料、紡織材料表面等方面。

            石墨烯在水性涂料的應用! 涂料在線,coatingol.com


            4.4 用溶膠-凝膠技術制備改性石墨烯/水性聚氨酯納米復合涂料


            中國科技大學Xin Wang等于2012年在《Surface&Coatings Technology》上發表了他們的研究論文:用溶膠-凝膠技術制備改性石墨烯/水性聚氨酯復合納米涂料,分3部分:(1)硅烷改性石墨烯納米薄膜制備。用Hummers法制備氧化石墨烯(GO),然后對GO水分散體用水合肼化學還原成GNS,再用DCC(N,N'-二環己基碳化二亞胺)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)功能改性,用超聲波分散1 h,在70 ℃下攪拌反應24 h,經后處理得到APTES功能改性的石墨烯納米膜f-GNS。


            (2)硅烷APTES封端的水性聚氨酯(WPU)制備。用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙二醇、一縮二乙二醇和三羥甲基丙烷混合多元醇合成PU預聚物,再和二羥甲基丙酸反應,然后加APTES反應,得到APTES封端的水性聚氨酯(WPU),產率86.3%,數均分子量28600(GPC測定)。


            (3)溶膠-凝膠技術制備f-GNS/WPU納米復合涂料。借助超聲波將f-GNS粉末分散在去離子水中制成懸浮液,將APTES封端的WPU加入其中一起混合,用三乙胺調節pH值,制成f-GNS/WPU納米復合涂料。 


            用1H-NMR、FTIR、XPS、GPC、AFM、HRTEM等表征了GO、f-GNS的結構,基本驗證了圖1所示的分子結構式與反應過程,及f-GNS/WPU納米復合涂料產品結構和組成。納米復合物中的T1、T2和T3代表了單、二和三取代的硅烷鍵合,證實在APTES封端的WPU和f-GNS相鄰的硅氧烷分子之間縮聚反應,形成共價鍵。


            石墨烯在水性涂料的應用! 涂料在線,coatingol.com

             圖1 用溶膠-凝膠法制備f-GNS/WPU納米復合涂料過程


            結 語


            1. 石墨烯具有獨特性能,研發熱潮在全球突起


            石墨烯是當今世界發現的“至薄”的晶體材料,厚度只有1個碳原子,也是“至堅”材料之一,并具有高導電性、高導熱性。預測在航空航天、宇宙探測、海洋開發、國防工業、國民經濟各方面具有不可估量的應用前景,研究熱潮在全球突起,國內也起步不俗,恒升五次方?發展較快。


            2.石墨烯在改性涂料性能方面展示了新的前景


            對石墨烯在導電、防腐、阻燃、導熱和高強度等功能涂料中都具有非常誘人的潛在前景。


            石墨烯與各種涂料樹脂通過物理共混、原位聚合和溶膠-凝膠技術等法復合;或用偶聯劑修飾,或采用原位聚合等工藝。這些工藝在改性水性涂料中均證實可行,且性能改進明顯。水性涂料經石墨烯改性,其性能有望“更上一層樓”,其進一步發展可期。


            3. 石墨烯改性涂料研發步伐初邁,要正確促進石墨烯生產及應用的開發熱潮持續升溫,但應冷靜對待。


            對生產企業而言,石墨烯生產技術是否達到國際最先進,是否符合清潔文明生產工藝要求,成本是否合理,有很多技術工作要做。石墨烯在涂料中的應用,國內有不少研究工作和專利發表,發展勢頭較好,但不能說“已入佳境”。石墨烯和涂料樹脂復合方法、助劑選擇、功能性改進,恒升五次方?研發的空間都很大。


            國內發表石墨烯改性水性涂料的工作和專利多是實驗室成果,要達到實用并產業化,要更多投入,有很多研發工作要做,還有很長的路要走。


            標簽:原材料,今日頭條,石墨烯,涂裝應用,技術中心,樹脂
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