一种超分散性水性石墨烯涂料及其制备方法与流程

本发明涉及石墨烯涂料，特别涉及一种超分散性水性石墨烯涂料及其制备方法。

背景技术：

1、在当今科技迅速发展的时代，材料科学的创新不断推动着各个领域的进步。其中，石墨烯作为一种具有独特结构和卓越性能的新型材料，正逐渐在涂料领域展现出巨大的潜力。石墨烯涂料的出现，为解决传统涂料的诸多问题提供了新的思路和方法，开启了涂料行业的新篇章。

2、石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能。近年来，石墨烯在涂料领域的应用受到了广泛关注。石墨烯涂料具有高导电性、高硬度、耐腐蚀性和耐磨性等优点，有望在电子、航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。由于石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的平面共轭结构，其片层间存在非常强的范德华作用力，导致其在涂料实际应用中经常存在分散不均匀，团聚，影响石墨烯涂料导热，防腐性能的发挥。

3、目前，石墨烯涂料的制备方法主要包括物理共混法和化学改性法。物理共混法是将石墨烯与涂料的基料(如树脂、溶剂等)直接混合。这种方法操作简单，但石墨烯在涂料中的分散性往往不够理想，容易出现团聚现象，影响涂料的性能。化学改性法则是通过对石墨烯进行表面处理，使其与涂料基料之间产生化学键合或静电相互作用，从而提高石墨烯在涂料中的分散性和相容性。常用的化学改性方法包括氧化还原法、共价键修饰法和非共价键修饰法等。尽管石墨烯涂料具有广阔的应用前景，但目前仍面临一些挑战。首先，石墨烯的大规模高质量制备仍然是一个难题。目前的制备方法成本较高，难以满足大规模工业生产的需求。其次，石墨烯在涂料中的分散性和稳定性还需要进一步提高。虽然化学改性等方法在一定程度上改善了分散性，但仍存在一些问题需要解决。展望未来，石墨烯涂料有望在以下几个方面取得更大的突破。在制备技术方面，将会出现更加高效、低成本、绿色环保的石墨烯制备方法，以及更加先进的分散和改性技术，进一步提高石墨烯涂料的性能和质量。在应用领域方面，随着对石墨烯涂料性能的深入挖掘和新应用的不断开发，其应用范围将不断扩大，不仅在传统领域得到更广泛的应用，还将在新兴领域(如5g通信、量子技术等)发挥重要作用。在市场方面，随着技术的成熟和成本的降低，石墨烯涂料的市场份额将不断增加，逐渐取代部分传统涂料，成为涂料行业的主流产品之一。

4、总之，石墨烯涂料作为一种具有巨大潜力的新型涂料，将为各个领域带来创新性的解决方案。在未来的发展中，我们有理由相信，石墨烯涂料将在材料科学和涂料行业中发挥越来越重要的作用，推动相关领域的技术进步和产业升级。

5、针对现有技术存在的问题，本申请要解决石墨烯涂料实际应用中经常存在稳定性差，导致涂料分散不均匀、防腐性能不好、导热性差，容易开裂等问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种超分散性水性石墨烯涂料及其制备方法，改善石墨烯涂料实际应用中经常存在稳定性差，导致涂料分散不均匀、防腐性能不好、导热性差，容易开裂等问题。

2、本发明的技术方案：

3、本发明提供了一种超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述超分散性水性石墨烯涂料的组分按重量份计，包括：45～60份水性聚氨酯树脂、10～20份阴离子预聚物、1～2.5份改性氧化石墨烯、8～12份分散剂、2～5份助剂、30～60份去离子水。

4、进一步的，所述阴离子预聚物与改性氧化石墨烯质量比为10～15:1。

5、进一步的，所述阴离子预聚物制备原料包括：均苯四甲酸单酐、聚三丙二醇甲基醚、二丁基氧化锡、马来酸酐。

6、所述阴离子预聚物的制备方法，包括以下步骤：

7、s1：将均苯四甲酸单酐、聚三丙二醇甲基醚加入反应釜中，在搅拌条件下于100～120℃反应2～4小时，得到单酯中间体；

8、s2：向反应容器中加入二丁基氧化锡和二甲苯，再加入步骤s1制得的单酯中间体，在搅拌条件下于130～150℃反应4～6小时，得到单酐单酯中间体；

9、s3：向步骤s2制得的单酐单酯中间体中加入马来酸酐，在搅拌条件下于80～100℃反应2～4小时，得到目标产物阴离子预聚物。

10、更进一步的，所述均苯四甲酸单酐和聚三丙二醇甲基醚的质量比为1～1.2：1。

11、更进一步的，所述步骤s2中的单酯中间体与二丁基氧化锡质量比为10～15：1。

12、更进一步的，所述单酐单酯中间体与马来酸酐质量比为1:1～1.2。

13、进一步的，所述水性聚氨酯树脂的重均分子量为8000～11000da。

14、进一步的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚维酮k17中的一种或多种混合。

15、进一步的，所述助剂为固化剂、平流剂、消泡剂、滑爽剂中的一种或多种混合。

16、本发明还提供一种超分散性水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

17、步骤一：将改性氧化石墨烯加入到去离子水中，然后加入分散剂，通过超声处理，使改性氧化石墨烯均匀分散在水中，形成石墨烯分散液；

18、步骤二：在另一容器中，将水性聚氨酯树脂、阴离子预聚物溶解在去离子水中，搅拌均匀，得到涂料基础液；

19、步骤三：将步骤一制备的石墨烯分散液缓慢加入到涂料基础液中，同时加入助剂，搅拌均匀，制得超分散性水性石墨烯涂料。

20、水性聚氨酯树脂、阴离子预聚物和改性氧化石墨烯三者相互配合，可以显著提高石墨烯涂料的稳定性、分散均匀性、防腐性和导热性。水性聚氨酯树脂可以在石墨烯表面形成一层保护膜，防止石墨烯团聚，提高涂料的稳定性；其分子链可以与石墨烯表面的官能团相互作用，促进石墨烯在涂料中的分散均匀性；能够提供良好的附着力和耐腐蚀性能，增强涂料对金属表面的保护。阴离子预聚物通过静电作用和化学键合吸附在石墨烯表面，增加石墨烯的表面电荷，从而提高其在涂料中的稳定性；与金属表面形成化学键合，增强涂层与金属的附着力，提高防腐性能；改性氧化石墨烯具有较高的导热系数，在涂料中形成导热网络，提高涂料的导热性。

21、有益效果：

22、本发明提供的超分散性水性石墨烯涂料具备高的稳定性，涂料分散均匀、防腐性好、导热性能优异，且长期使用不开裂，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述超分散性水性石墨烯涂料的组分按重量份计，包括：45～60份水性聚氨酯树脂、10～20份阴离子预聚物、1～2.5份改性氧化石墨烯、8～12份分散剂、2～5份助剂、30～60份去离子水。

2.根据权利要求1所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述阴离子预聚物与改性氧化石墨烯质量比为10～15:1。

3.根据权利要求1所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述阴离子预聚物制备原料包括：均苯四甲酸单酐、聚三丙二醇甲基醚、二丁基氧化锡、马来酸酐。

4.根据权利要求2所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述阴离子预聚物的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求2或4所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述均苯四甲酸单酐和聚三丙二醇甲基醚的质量比为1～1.2：1；所述步骤s2中的单酯中间体与二丁基氧化锡质量比为10～15：1。

6.根据权利要求4所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述单酐单酯中间体与马来酸酐质量比为1:1～1.2。

7.根据权利要求1所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂的重均分子量为8000～11000da。

8.根据权利要求1所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚维酮k17中的一种或多种混合。

9.根据权利要求1所述超分散性水性石墨烯涂料，其特征在于，所述助剂为固化剂、平流剂、消泡剂、滑爽剂中的一种或多种混合。

10.根据权利要求1-9任意一项所述超分散性水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供了一种超分散性水性石墨烯涂料及其制备方法，所述超分散性水性石墨烯涂料的组分按重量份计，包括：45～60份水性聚氨酯树脂、10～20份阴离子预聚物、1～2.5份改性氧化石墨烯、8～12份分散剂、2～5份助剂、30～60份去离子水；所述改性氧化石墨烯材料具有高的分散性和亲水性，使得制备的涂料具备高的稳定性，涂料分散均匀、防腐性好、导热性能优异，且长期使用不开裂，具有良好的应用前景。技术研发人员：刘立军,陈新同,刘明刚受保护的技术使用者：江苏禹途新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2