本发明涉及地坪漆技术领域，特别涉及一种石墨烯水性超耐磨地坪漆及其制备方法。
背景技术：
石墨烯是紧密堆积成二维六方蜂窝状晶格结构的单层碳原子，各碳原子之间以sp2杂化方式相连。微观上，单层石墨烯薄膜并非二维的扁平结构，而是具有“纳米尺度上”稳定的微波状的单层结构，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体；宏观上，石墨烯可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨。石墨烯独特的二维周期蜂窝状点阵结构中稳定的碳六元环的存在，赋予了其优异的性能：单层石墨烯的厚度仅为0.35nm，是目前已知最轻最薄的材料；它在室温下的电子迁移率为2×105cm2·v-1·s-1，是光速的1/300，理论比表面积能够达到2630m2·g-1，全波段光吸收只有2.3％，热导率高达5000w·m-1·k-1，杨氏模量超过1100gpa，抗拉强度超过130gpa，且韧性非常好，当施加外部机械力时，碳原子会通过弯曲变形来适应外力，而不必使碳原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。因此，石墨烯是一种应用潜力非常广泛的碳材料，在新型反应分离、新材料、节能环保等众多产业中都有巨大的应用前景。
地坪漆一般用于工厂车间、实验室等环境的地面施工，具有美观、耐磨、防水、防腐等优点。依照组成地坪漆的各组分的作用的不同，一般可以分为主要成膜物质，如聚氨酯树脂、环氧树脂；次要成膜物质，如颜料、填料等；和辅助成膜物质，包括增塑剂、消泡剂、润湿剂、固化剂等。地坪漆依据其涂料特性的不同主要可分为防腐蚀地坪漆、防静电地坪漆、可载重地坪漆、防滑地坪漆、耐磨地坪漆等多种类别，其中，耐磨性地坪漆具有较好的承载力和耐磨性，适用于有载重车辆或拖拽工序的工厂车间和仓库。
目前地坪漆还可分为溶剂型地坪漆和水性地坪漆，溶剂型地坪漆在施工时对基材湿度和环境湿度要求较高，在涂料中含有大量的voc，使用过程中会向外会发大量的有毒物质，对环境和人体造成损害，同时其防燃防爆性能较差，存在一定的安全隐患；水性地坪漆在施工时对基材和环境湿度没有太大要求，且其防燃防爆性能佳，在生产运输贮存施工等环境更加安全，且由于其不添加有机溶剂，对环境和人体十分友好。但是相比溶剂型地坪漆，水性地坪漆具有漆膜致密性低，施工性差等缺点。
针对超耐磨地坪漆领域，由于对漆膜的硬度、柔韧性、抗冲击力、承载力等都有较高的要求，而水性涂料的缺点使其并不适用于超耐磨地坪漆领域，因此目前超耐磨地坪漆基本为溶剂型涂料，对环境和人体十分不友好，为了提高水性地坪漆的各项性能，现有技术中有通过在水性地坪漆中添加石墨烯材料以增强其机械性能的方案，但石墨烯由于其较大的比表面积，其在涂料中容易发生团聚现象，对补强效率产生影响，同时简单地在涂料中添加石墨烯材料，其提升耐磨性地坪漆涂膜硬度、抗冲击力的效果并不十分明显，在实际应用中对耐磨性地坪漆的性能整体提升较小。
技术实现要素：
为解决上述提到的现有技术中存在的水性耐磨地坪漆添加石墨烯材料补强效率低、效果不明显的问题，本发明提供一种石墨烯水性超耐磨地坪漆及其制备方法，本发明提供的石墨烯水性超耐磨地坪漆通过在涂料中添加经过改性的石墨烯材料，并解决石墨烯在涂料中易团聚的问题，使地坪漆的耐磨性得到了极大的提高。
本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯水性超耐磨地坪漆，包括以下重量配比的成分：
其中，改性石墨烯的制备方法包括：
步骤一、采用hummers法对石墨烯进行氧化处理，制得氧化石墨烯；将氧化石墨烯粉体分散在聚乙二醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液中，以300转/min～350转/min的速率搅拌并升温至80℃～90℃，持续20min～30min；
步骤二、在步骤一的基础上通入氮气，加入聚乙烯基吡咯烷酮和四乙基溴化胺，升温至150℃～160℃，持续以300转/min～350转/min的速率搅拌，恒温回流110min～150min；
步骤三、在步骤二的基础上加入乙烯基咔唑和水合肼，降温至60℃～80℃，以400转/min～500转/min的速率搅拌并密封反应2h～2.5h，冷却后用滤膜过滤，洗涤干燥得到改性石墨烯。
进一步地，所述石墨烯水性超耐磨地坪漆包括以下重量配比的成分：
进一步地，所述流平剂为环氧乙烷改性聚二甲基硅氧烷或环氧丙烷改性聚二甲基硅氧烷中的一种或两种复配。
进一步地，所述消泡剂为高碳醇消泡剂、有机二氧化硅消泡剂中的一种。
进一步地，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、叔丁基苯基缩水甘油醚或环氧丙烷丁基醚中的至少一种。
进一步地，所述颜填料包括石英粉、滑石粉、硫酸钡粉、钛白粉、聚四氟乙烯蜡。
进一步地，所述分散剂为聚羧酸钠盐、聚丙烯酸钾盐、聚丙烯酸钠盐中的一种。
进一步地，所述聚氨酯固化剂为六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种。
本发明还提供一种以上所述的石墨烯水性超耐磨地坪漆的制备方法，包括：
步骤一、将聚氨酯树脂、羟乙基纤维素与水混合，以800转/min～950转/min的速率搅拌，同时加入丙烯酸二甲氨基乙酯、分散剂、活性稀释剂，搅拌时间为70min～100min；
步骤二、将步骤一的产物投入研磨机中，加入纳米氧化锌、纳米二氧化硅和改性石墨烯，以1800转/min～2200转/min的速率搅拌持续90min～120min；
步骤三、将步骤二的产物投入搅拌机中，加入流平剂、消泡剂、颜填料、固化剂，以1000转/min～1200转/min的速率搅拌持续50min～60min，过滤即可得到所述石墨烯水性超耐磨地坪漆。
本发明首先对石墨烯进行改性，改性石墨烯的制备过程中首先将石墨烯进行氧化，再将氧化石墨烯粉体分散在聚乙二醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液中并升温进行搅拌，将石氧化墨烯粉体初步分散在溶液中，聚乙二醇在其中主要起到润滑和阻隔作用；再在氮气的保护下加入聚乙烯基吡咯烷酮和四乙基溴化胺，搅拌并进行恒温回流，再加入乙烯基咔唑和水合肼，降温并密封反应，对石墨烯表面进行改性并还原，经过改性后的石墨烯与丙烯酸二甲氨基乙酯配合，丙烯酸二甲氨基乙酯中存在被酯基活化的双键，容易与改性石墨烯表面上的氨基加成，从而使改性石墨烯化学吸附于丙烯酸二甲氨基乙酯上，同时部分丙烯酸二甲氨基乙酯由于固化剂作用产生发生链段增长，使吸附与骑上的改性石墨烯形成长链状结构，而石墨烯本身为片层结构，连续并层叠的片层结构大大增强了涂料漆膜的机械性能和耐磨性能，同时还能够有效抑制液体对涂层的渗透，提高了防腐性能，而丙烯酸二甲氨基乙酯所形成的长链结构也进一步提高了涂膜的致密性。
改性石墨烯和纳米填充物结合，提高了漆膜的致密性和涂料的施工性，漆膜的柔韧性、抗冲击力等机械性能得到增强，制得的地坪漆具有优秀的耐磨、耐刮擦的力学性能和化学稳定性，其综合性能得到了较大的提高。
本发明提供的石墨烯水性超耐磨地坪漆，通过添加改性石墨烯和丙烯酸二甲氨基乙酯，解决了石墨烯在涂料中易于团聚的问题，同时增强了涂料漆膜的耐磨性能和其它机械性能，其制备工艺简单，制得的产品符合环境友好的要求，安全环保，适用范围广。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的实施例见表1：
表1
具体制备方法如下：
实施例1：
步骤一、将68份聚氨酯树脂、7.8份羟乙基纤维素与23份水混合，以900转/min的速率搅拌，同时加入16份丙烯酸二甲氨基乙酯、0.8份分散剂、3.6份活性稀释剂，搅拌时间为80min；
步骤二、将步骤一的产物投入研磨机中，加入6.6份纳米氧化锌、11份纳米二氧化硅和10份改性石墨烯，以2000转/min的速率搅拌持续100min；
步骤三、将步骤二的产物投入搅拌机中，加入1.1份流平剂、43份颜填料、0.5份消泡剂、18份固化剂，以1050转/min的速率搅拌持续50min，过滤即可得到所述石墨烯水性超耐磨地坪漆。
实施例2：
步骤一、将68份聚氨酯树脂、8.5份羟乙基纤维素与27份水混合，以900转/min的速率搅拌，同时加入16份丙烯酸二甲氨基乙酯、0.8份分散剂、4.1份活性稀释剂，搅拌时间为80min；
步骤二、将步骤一的产物投入研磨机中，加入7.2份纳米氧化锌、15份纳米二氧化硅和9.8份改性石墨烯，以2000转/min的速率搅拌持续100min；
步骤三、将步骤二的产物投入搅拌机中，加入1.4份流平剂、0.6份消泡剂、51份颜填料、19份固化剂，以1050转/min的速率搅拌持续50min，过滤即可得到所述石墨烯水性超耐磨地坪漆。
实施例3：
步骤一、将66份聚氨酯树脂、7.6份羟乙基纤维素与22份水混合，以900转/min的速率搅拌，同时加入17份丙烯酸二甲氨基乙酯、1份分散剂、4.5份活性稀释剂，搅拌时间为80min；
步骤二、将步骤一的产物投入研磨机中，加入7.5份纳米氧化锌、13份纳米二氧化硅和10.1份改性石墨烯，以2000转/min的速率搅拌持续100min；
步骤三、将步骤二的产物投入搅拌机中，加入1.5份流平剂、0.7份消泡剂、48份颜填料、22份固化剂，以1050转/min的速率搅拌持续50min，过滤即可得到所述石墨烯水性超耐磨地坪漆。
其中，改性石墨烯的具体制备方法的实施例如下所示，其中份数为重量份数：
步骤一、采用hummers法对石墨烯进行氧化处理，制得1份氧化石墨烯；将1份氧化石墨烯粉体分散在2.4份聚乙二醇和5.5份n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液中，以300转/min的速率搅拌并升温至90℃，持续25min；
步骤二、在步骤一的基础上通入氮气，加入0.4份聚乙烯基吡咯烷酮和0.8份四乙基溴化胺，升温至150℃，持续以300转/min的速率搅拌，恒温回流140min；
步骤三、在步骤二的基础上加入1.1份乙烯基咔唑和2.1份水合肼，降温至60℃，以450转/min的速率搅拌并密封反应2.5h，冷却后用滤膜过滤，洗涤干燥得到改性石墨烯。
为检测本发明提供的石墨烯水性超耐磨地坪漆的实际应用表现，发明人设置了对比例1和对比例2，具体如下：
对比例1：普通市售耐磨溶剂型地坪漆，即未添加普通石墨烯的耐磨性地坪漆；
对比例2：将实施例1中的氨基改性石墨烯改为普通石墨烯，其中，普通石墨烯添加的重量份数与实施例1中添加的氨基改性石墨烯的重量份数相同，制得的耐磨性地坪漆。
发明人对实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2在相同条件下进行性能测试，测试结果如表2所示：
表2
其中附着力的测定标准为gb/t1720-79(89)。
由表2的实验结果可以得出，本发明提供的石墨烯水性超耐磨地坪漆的硬度(铅笔法)达到了5h，耐磨性(750g/500r,g)达到了0.010，与普通的耐磨性地坪漆相比具有十分明显的提高，说明本发明提供的石墨烯水性超耐磨地坪漆不仅具有水性地坪漆环保安全的特点，同时还解决了普通水性地坪漆漆膜致密性低的缺点，其各项性能相比较普通的溶剂型耐磨性地坪漆更加优秀。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。