对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆制备方法

本技术涉及防静电环氧自流平面漆，特别是涉及一种对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆的制备方法。

背景技术：

1、静电是一种时时刻刻到处存在的电能，是物体局部区域内正负电荷失衡时，在表面产生电荷积聚的一种现象。当某个物体表面发生电荷积聚时，静电现象也就产生了(姚太平，2021)。静电具有高电位、低电量、受环境影响大、作用时间短等特点(张红，2018)，是现代工业的“杀手”，静电对电子器件的危害重大。静电在工业生活中会带来很多的困扰。静电产生电磁波干扰自动仪表，电荷使车间产品带尘不利于精加工等(殷立平和宋云娟，2016，王涵等，2019；邹莉等，2018)。医药、电子、仪表、轻纺、日化、食品等加工车间、仓储场所、实验室、医院、公共场馆、办公场所、甚至家居地坪等均存在类似的问题(刘成楼，2008)，亟需良好的静电防护。

2、静电危害电子工业、军事、能源储运等领域，这就需要性能良好的清洁、防静电材料。为了避免静电的困扰，采取了很多措施。在固定的建筑上采用抗静电的混凝土材料，但是建筑成本高昂，限制了其应用范围。在静止的清洁加工车间地面采用防静电涂装，为此需要性能良好的抗静电环氧地坪涂料(周盾白等，2007；姚太平，2021)。在运动的运输设备上也需要抗静电涂料，特别是能源储运过程中，静电可能引发火灾等危险，这就需要抗静电涂料为石油运贮设备提供有效的防护(史政海,2004)。

3、随着现代工业的飞跃发展和人们生活水平的不断提高，在工厂、事业单位和家庭大范围的防静电，需要防静电环氧自流平面漆。

4、抗静电是一种实用功能，通过涂层间的配合发挥出作用，一般为底漆、面漆。一种办法是采用在底漆和面漆之间铺上导电铜网等金属网(殷立平.2015)，金属网的价格昂贵，限制其应用范围。鉴于因此，采用将导电介质均匀分布于地坪涂料中，通过控制地坪涂料的电阻率，取得地坪涂料的抗静电效果。当电荷进入会立刻引导至相连的接地或其他低电位泄去。现有的导电介质有金属导电材料、有机聚合物导电材料、无机导电材料等。

5、金属导电粉末导电性好，有颜色，分散性不佳，易氧化。导电金属氧化物导电性好，填加量大，电阻率控制好。导电聚合物如掺杂聚苯胺，导电性好，耐腐蚀(殷立平.2015)，耐候性差。金属导电材料、有机聚合物导电材料、合成材料成本高昂，应用范围受限。有机聚合物导电材料导电性能有限，抗静电效果受限。

6、沉淀硫酸钡、云母粉、滑石粉和石英粉等无机填料化学稳定性好(刘丽湘,等，2012)，但是导电性差、与环氧树脂相容性差。通常需要足够的表面改性，才能达到导电等的效果。例如天然云母改性制备的浅色导电云母粉，就可以用作抗静电涂料添加剂，但是添加量很大，经常需要20-25％，因此，浅色导电云母粉抗静电涂料，施工时，涂层厚大，整体导电效果差，此外，还容易产生盲点。这些盲点不导电，无法抗静电，影响整体的抗静电性能。导电云母粉加入后，抗静电涂料粘度增高，工艺性能变差，增加了施工难度。

7、无机非金属材料中，导电性最好的为碳材料，例如石墨和炭黑，导电性好，但是，颜色黑，使用量大时，视觉效果不好。

8、碳材料导电性高，抗静电效果好，但是，其导电性能随着碳材料结构变化，抗静电效果也在变化。现在，常用的碳材料为炭黑，炭黑主要是非晶态碳，碳原子结构紊乱，导电性能有限，因此，需要大量使用才能达到抗静电的效果，量大时还导致地坪涂料整体颜色变黑，因此，通常只能用做防静电环氧自流平面漆的底漆。防静电环氧自流平面漆施工时，只好采用两层结构，包括下部底漆层、上部地坪涂料层。下部采用炭黑作为底漆作为导电层、上部地坪涂料层在地坪涂料加入导电材料需要，需要两次施工，一次底漆、一次涂料，才能取得良好的防静电效果，增加了施工的复杂性。

9、碳材料的光学性能与结构密切相关。石墨结晶度高，显示金属光泽，显示金属银灰色。而炭黑为非晶态，结晶度差，显示黑色，因此，石墨作为导电介质时，颜色效果优于炭黑。颜色由深变浅。石墨碳原子排布规律，导电性好，而炭黑碳原子杂乱排布，导电性差。要达到同样的导电性，石墨导电介质的使用量大于炭黑，因此与碳纤维、碳纳米管等碳材料相比，成本低廉。

10、结晶良好的石墨导电性好，但是，导电性显示异向性，碳层面方向导电性高，垂直碳层面导电性差，使得抗静电效果受限。基于天然石墨制备的类石墨烯碳，虽然具有良好的导电性能。但是，在环氧地坪涂料中分散性差。所制备的石墨环氧地坪涂料，导电性不均匀，存在盲点，抗静电效果差。

技术实现思路

1、针对碳石墨环氧地坪涂料存在问题，本专利发明一种具有高导电性、良好分散性、三维网络导电、底漆面漆合二为一的高性能防静电环氧自流平面漆的制备方法。这是一种施工简单、具有优异抗静电效果的高性能防静电环氧自流平面漆的制备方法。

2、本发明提供了一种对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆的制备方法。旨在通过对苯二胺功能化，实现天然石墨基类石墨烯的功能化。对苯二胺在类石墨烯碳表面引入类苯环，提高天然石墨基类石墨烯碳在环氧树脂的分散性，克服了纳米碳在环氧树脂中容易团聚的缺点。良好的分散性促进了类石墨烯碳在环氧树脂中的均匀分布，使类石墨烯碳与环氧树脂均匀混合。对苯二胺在天然石墨基类石墨烯碳表面接枝，在石墨烯碳表面链接了垂直碳原子层导电功能基团，与石墨烯碳原子层面一起构筑出三维空间的电流传导网络。良好的分散性促进了碳原子层方向、和垂直层面方向和对苯二胺导电功能基团在环氧地坪涂料中构筑了三维空间的电流传导网络的均匀性。这种均匀的三维空间的电流传导网络使得对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆能够更有效地排除积累的静电荷，达到优异的抗静电效果。与普通石墨导电材料的二维导电相比，本发明制备出高性能的抗静电防护防静电环氧自流平面漆三维电流传导空间网络，高导电性能是其优异的抗静电性能的保障。

3、本发明制备的对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆，具有优异的抗静电性能，避免静电对精加工、工业生产带来的困扰，减少电磁波的产生，降低其自动仪表的干扰。在医药、电子、仪表、轻纺、日化、食品等需要清洁、防静电等车间、场馆地面涂装防有广泛的应用前景。

4、本发明提供的技术方案如下：

5、一种对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆的制备方法，具体包括如下三个步骤：

6、1)采用天然石墨制备类石墨烯碳材料；

7、2)在步骤1)得到的类石墨烯碳材料中加入对苯二胺，使其表面功能化，得到对苯二胺功能化类石墨烯碳；

8、3)步骤2)得到的对苯二胺功能化类石墨烯碳作为导电介质和分散剂材料，加入环氧树脂中，得到对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆。

9、进一步，步骤1)具体步骤为：

10、1-1)采用天然石墨为原料，通过化学插层、高温膨化/微波膨化、制成膨胀石墨；

11、1-2)水洗、离心、过滤、干燥，超声分散和离心分离联合方法，得到类石墨烯碳材料。

12、进一步，步骤2)对苯二胺功能化类石墨烯碳的制备工艺流程具体为：

13、2-1)称取类石墨烯碳粉末，加入去离子水，进行超声分散，得到类石墨烯碳悬浮液；

14、2-2)滴加稀释的氨水来调节悬浮液的ph值为9～12，搅拌均匀；

15、2-3)加热迅速升温至90～100℃，加入对苯二胺，保温，过滤；

16、2-4)用去离子水和乙醇洗涤，除去未反应的对苯二胺，将产物在80～105℃烘箱中干燥，获得对苯二胺功能化类石墨烯碳。

17、其中，类石墨烯碳粉末：对苯二胺的重量比1：0.01～1：100。

18、进一步，步骤3)的制备工艺流程为：

19、3-1)将活性稀释剂添加到环氧树脂中，添加对苯二胺功能化类石墨烯碳材料，40～60℃，高速分散至混合混匀，制成对苯二胺功能化类石墨烯碳材料分散液；加入功能助剂、颜料、填料，高速分散至混合混匀，完成b组分。

20、3-2)加入酚醛胺环氧固化剂a组分，进行反应固化、形成漆膜，获得对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆。

21、其中，对苯二胺功能化类石墨烯碳材料占b组分的0.5-3.0wt％。

22、本发明进一步提供一种按照上述方法制得的高性能的抗静电防护防静电环氧自流平面漆。

23、本专利发明制备的对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆是一种能够进行静电防护的高性能防静电环氧自流平面漆。采用对苯二胺功能化，实现天然石墨基类石墨烯的功能化。对苯二胺在类石墨烯碳表面引入类苯环，提高天然石墨基类石墨烯碳在环氧树脂的分散性，克服了纳米碳在环氧树脂中容易团聚的缺点。良好的分散性促进了类石墨烯碳在环氧树脂中的均匀分布，使类石墨烯碳与环氧树脂均匀混合。对苯二胺在天然石墨基类石墨烯碳表面接枝，在石墨烯碳表面链接了垂直碳原子层导电功能基团，与石墨烯碳原子层面一起构筑出三维空间的电流传导网络。良好的分散性促进了碳原子层方向、和垂直层面方向和对苯二胺导电功能基团在环氧地坪涂料中构筑了三维空间的电流传导网络的均匀性。这种均匀的三维空间的电流传导网络使得对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆能够更有效地排除积累的静电荷，达到优异的抗静电效果。与普通石墨导电材料的二维导电相比，本发明制备出高性能的抗静电防护防静电环氧自流平面漆三维电流传导空间网络，高导电性能是其优异的抗静电性能的保障。

24、本专利发明制得的对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆，具有优异的防静电性、抗菌防霉性等性能。涂层厚度2mm时，无盲点。施工简单，避免了通常采用的复杂工艺，不需要导电炭黑做底漆，石墨烯防静电环氧自流平面漆，底漆和面涂料施工一次完成，原来施工需要两次，一次底漆、一次涂料，达到了底漆面漆合二为一的效果。对苯二胺功能化类石墨烯碳石墨烯一次完成，大大简化施工工艺。流动度好，大于浅色导电云母粉掺杂防静电环氧自流平面漆，制造的环氧地坪涂料没有盲点。与昂贵的碳纤维、碳纳米管相比，对苯二胺功能化类石墨烯碳成本低廉。

25、本专利发明的有益效果：

26、本发明主要采用对苯二胺功能化类石墨烯碳。作为导电介质，制备的对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆，具体如下效果：

27、(1)基于石墨类导电材料的高导电性、导电异向性、但介质的分散性差，本专利发明一种具有高导电性、良好分散性、三维网络导电、底漆面漆合二为一的高性能防静电环氧自流平面漆的制备方法。

28、(2)与普通纯石墨的二维异向导电性相比，本发明制备出高性能的抗静电防护防静电环氧自流平面漆三维电流传导空间网络，抗静电效果更好。在石墨表面引入类苯环，提高天然石墨基类石墨烯碳在环氧树脂的分散性，克服了其在环氧树脂中容易团聚的缺点。良好的分散性促进了类石墨烯碳在环氧树脂中的均匀分布，使类石墨烯碳与环氧树脂均匀混合。本发明使天然石墨基类石墨烯碳表面功能化，对苯二胺接枝在石墨烯碳表面链接了垂直碳原子层导电功能基团，与石墨烯碳原子层面一起构筑出三维空间的电流传导网络。良好的分散性促进了碳原子层方向、和垂直层面方向和对苯二胺导电功能基团在环氧地坪涂料中构筑了三维空间的电流传导网络的均匀性。这种均匀的三维空间的电流传导网络使得对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆能够更有效地排除积累的静电荷，达到优异的抗静电效果。

29、(3)与昂贵的金属材料相比，对苯二胺功能化类石墨烯碳不易氧化、抗腐蚀性能好。与炭黑相比，施工简单。颜色变浅，由黑色变金属灰色。使用量变少，因此颜色由深变浅。与碳纤维、碳纳米管等碳材料相比，成本低廉。

30、(4)对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆施工简单。避免了通常采用的复杂工艺，不需要导电炭黑做底漆，达到了底漆面漆合二为一的效果。本专利发明的对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆施工工艺简单，底漆和面涂料施工一次完成，原来施工需要两次，一次底漆、一次涂料，石墨烯一次完成，大大简化施工工艺。

31、(5)对苯二胺功能化类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆的流动度好，流动度大于浅色导电云母粉掺杂防静电环氧自流平面漆，制造的环氧地坪涂料没有盲点。

32、(6)本发明制备方法简便、成本低廉，制备的对苯二胺功能化类石墨烯碳具有优异的导电性能等优点。作为导电介质，赋予防静电环氧自流平面漆传导电流，排除积累的静电荷性能等，具有优异的防静电性效果。

33、本专利发明了一种具有高导电性、良好分散性、三维网络导电、底漆面漆合二为一的高性能防静电环氧自流平面漆的制备方法。这是一种施工简单、具有优异抗静电效果的高性能防静电环氧自流平面漆的制备方法。旨在通过对苯二胺在天然石墨基类石墨烯碳表面接枝，使类石墨烯碳与环氧树脂均匀混合，在石墨烯碳表面链接了垂直碳原子层导电功能基团，与石墨烯碳原子层面一起构筑出三维空间的电流传导网络，达到有效地排除积累静电荷的效果，实现抗静电防护防静电环氧自流平面漆。该方法制得的对苯二胺功能化天然石墨基类石墨烯碳防静电环氧自流平面漆，防静电性好、施工简单、成本低廉。在医药、电子、仪表、轻纺、日化、食品等需要清洁、防静电等车间、场馆地面涂装防有广泛的应用前景。