一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料及其制备方法与流程

本发明涉及石墨烯涂料，具体为一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料及其制备方法。

背景技术：

1、当两个不同的物体相互接触并且相互摩擦时，一个物体的电子转移到另一个物体上而带正电，另一个物体得到电子而带负电从而产生静电。在日常生活中，许多材料在使用过程中容易产生静电积累，造成吸尘、电击等现象。例如在电子行业中，静电会大大折损器件生产的良品率以及使用寿命。电子组件或系统在制造、生产、组装、测试、搬运等过程中，静电会累积在人体、仪器、电子组件上，当这些物体相互接触形成放电路径，就会使得电子组件或系统遭到静电放电的破坏。在石油化工行业中，油品在流动、倾倒、装卸、搅拌等过程中会与容器或管道壁摩擦产生静电，造成物体带电，静电不仅可能引起油品污染，一旦静电放电的能量高于油品的最低点火能量时甚至引发爆炸和燃烧事故，对安全构成巨大威胁。

2、因此，抗静电涂料的研发成为了科研与工业界关注的焦点。抗静电涂料能够赋予绝缘物质一定的导电性能，使其表面产生的静电荷能快速地被疏散掉，从而达到抗静电的目的。传统抗静电涂料主要通过在基体树脂中掺入多种导电填料制成，然而，随着市场需求的日益提升，其耐磨性和耐腐蚀性能已显露出明显不足，且现有技术中抗静电涂料中成分较多，原料之间不能充分分散，填料的接收性差，随着时间的推移，会导致涂层的防静电性能以及耐紫外光老化性能降低。

3、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料，所以又叫做单原子层石墨。石墨烯在常温下的电子迁移率超过15000cm²/v·s，高于纳米碳管和硅晶体，其电阻率只有106ω·cm，比铜或银更低，是世上电阻率最小的材料。因其优异的性能，石墨烯作为一种新型纳米材料，在涂料领域展现出巨大的应用潜力。然而，如何有效将石墨烯与涂料基体结合，并提升其耐磨性和抗静电性能，是当前亟待解决的问题。在涂料中添加单一的石墨烯仍然存在其固有的缺陷，石墨烯在涂料中分散能力差，而如果采用分散性能较好的氧化石墨烯，其导电能力相对较弱，因此，本发明制备出一种石墨烯复合填料来提高其导电性能。

4、尽管现有技术中制备的抗静电涂料取得了一定的进步，但仍存在不足之处，其耐磨性能差，在受到外力作用时容易发生磨损；抗静电效果不佳；耐紫外光老化性能差，在长时间的太阳光照射下会产生老化脱落现象；阻燃效果不好；耐腐蚀性能差，易被酸碱盐腐蚀，不利于腐蚀性基材的保护。

5、为此，提出了一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料及其制备方法，通过将环氧树脂、导电填料、无机填料、空心玻璃微珠、固化剂、消泡剂、流平剂、分散剂、阻燃剂、紫外吸收剂以及溶剂混合制得耐磨石墨烯抗静电工业涂料。通过改变环氧树脂的种类以及用量，在固化过程中形成更多的交联点，从而提高涂层的交联密度，使得涂层结构更加致密，能够提高涂料的耐腐蚀性能；通过改变涂料中导电填料的含量，可以提高导电填料的分散性能以及与树脂的交联程度，从而提高涂料的抗静电性能；通过改变紫外吸收剂的种类及用量，减少紫外线对涂料的破坏，使得涂层在长时间紫外线照射下仍能保持良好的外观和性能；通过改变阻燃剂的种类、用量及组分配比，利用阻燃剂在燃烧过程中能够形成保护层、抑制自由基的链式反应或吸收热量的特点，从而延缓或阻止涂料的燃烧；通过改变纳米二氧化钛、纳米无机氮化硼以及固化剂的用量，提高涂料的耐磨性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面提供一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料的制备方法，所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料通过以下步骤制备得到：

4、将50-80份环氧树脂、17-35份导电填料、15-25份无机填料、15份空心玻璃微珠充分混合得到混合物；在所述混合物加入1-3份固化剂、2份消泡剂、1.5份流平剂、2份分散剂、1-5份阻燃剂、0.5-1.5份紫外吸收剂以及40份溶剂搅拌均匀，出料，得到耐磨石墨烯抗静电工业涂料。

5、优选的，所述环氧树脂为环氧树脂e20、环氧树脂e42、环氧树脂e44、环氧树脂e51、环氧树脂e52中的一种。

6、优选的，所述导电填料的制备方法包括以下步骤：

7、氧化石墨烯的制备：将天然鳞片石墨和硝酸钠加入浓硫酸中搅拌反应35min得到混合物一；搅拌温度为0℃；向所述混合物一中加入高锰酸钾后继续搅拌60min得到混合物二；将所述混合物二加热至30-40℃继续搅拌45min得到加热混合物二；向所述加热混合物二中加入去离子水反应60min后冷却至室温得到混合物三；向所述混合物三中加入去离子水和40wt％过氧化氢水溶液得到亮黄色溶液；将所述亮黄色溶液离心、洗涤、干燥得到所述氧化石墨烯；

8、所述导电填料的制备：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于1m盐酸溶液中得到溶解物；将所述氧化石墨烯加入所述溶解物中超声分散30min得到组分一；将所述组分一降温至0℃后加入吡咯单体搅拌10min得到组分二；使用1m盐酸将fecl3·6h2o配置成浓度为20%的溶液后缓慢滴加至所述组分二中，在0℃下反应9h得到产物；将所述产物进行抽滤、洗涤、50℃干燥12h得到所述导电填料。

9、优选的，所述无机填料为纳米二氧化钛、纳米无机氮化硼中的一种或两种。

10、纳米级二氧化钛由于其颗粒尺寸的细微化，与有机树脂分子之间存在良好的界面结合力，可以与树脂之间形成的紧密网络结构，有助于提高涂层的强度和硬度，有效抵抗外界磨损，且纳米二氧化钛在涂层中能够形成均匀分布的微小颗粒，这些颗粒在受到磨损时能够分担部分载荷，减缓涂层的磨损速率。纳米氮化硼颗粒在涂层中起到“微轴承”的作用，能够减少摩擦和磨损，延长涂层的使用寿命。

11、优选的，所述固化剂为异氰酸酯固化剂；所述消泡剂为4430消泡剂。

12、优选的，所述流平剂为环烷酸钴；所述分散剂为聚丙烯酰胺。

13、优选的，所述阻燃剂为磷酸三苯酯、六溴环十二烷、甲基磷酸二甲酯中的一种或多种。

14、优选的，所述紫外吸收剂为2，2-二羟基-4，4-二甲氧基二苯甲酮-5，5-二磺酸、2，5-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮中的一种或两种。

15、优选的，所述溶剂由二甲苯和正丁醇按质量比为3：1-6：1复配而成。

16、本发明另一方面提供一种耐磨石墨烯抗静电工业涂料，所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料生产用原料包括环氧树脂、导电填料、固化剂、消泡剂、流平剂、分散剂、阻燃剂、紫外吸收剂、空心玻璃珠以及溶剂；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料通过如上任意一项所述的制备方法制备得到；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料在10%hcl溶液和10%naoh溶液中分别浸泡60d、58d而完好无损；在盐雾腐蚀试验中涂层不会出现起泡脱落的现象；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料的表面电阻为103ω；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料的失光率为1.06%；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料的耐火时间为31.5min，质量损失为2.6g，碳化体积为7cm3；所述耐磨石墨烯抗静电工业涂料在耐磨性能测试中的质量损耗为0.002g。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、1、本发明通过改变环氧树脂的种类以及用量，在固化过程中形成更多的交联点，从而提高涂层的交联密度，高交联密度使得涂层结构更加致密，能够有效阻挡腐蚀介质的渗透，制得的耐磨石墨烯抗静电工业涂料在10%hcl溶液和10%naoh溶液中分别浸泡60d、58d而完好无损；在盐雾腐蚀试验中涂层也不会出现起泡脱落的现象，表现出明显提高的耐腐蚀性能。

19、2、本发明通过改变涂料中导电填料的含量，可以提高导电填料的分散性能以及与树脂的交联程度，从而提高涂料的导电能力，制得的耐磨石墨烯抗静电工业涂料表面电阻仅有103ω，表现出明显提高的抗静电性能。

20、3、本发明通过改变紫外吸收剂的种类及用量，将紫外线转化为热能或其他形式的能量，从而防止紫外线直接照射到涂料表面，减少紫外线对涂料的破坏，使得涂层在长时间紫外线照射下仍能保持良好的外观和性能，所制得的耐磨石墨烯抗静电工业涂料失光率为1.06%，表现出明显提高的耐紫外光老化性能。

21、4、本发明通过改变阻燃剂的种类、用量及组分配比，利用阻燃剂在燃烧过程中能够形成保护层、抑制自由基的链式反应或吸收热量的特点，从而延缓或阻止涂料的燃烧，制得的耐磨石墨烯抗静电工业涂料耐火时间为31.5min，质量损失为2.6g，碳化体积为7cm3，表现出明显提高的阻燃性能。

22、5、本发明在涂料中加入无机填料纳米二氧化钛、纳米无机氮化硼，纳米二氧化钛可以增强涂层的硬度和界面结合力，而纳米氮化硼则提供优异的耐磨性和高温稳定性，通过改变纳米二氧化钛、纳米无机氮化硼以及固化剂的用量，制得的耐磨石墨烯抗静电工业涂料具有更加出色的耐磨性能，其质量损耗为0.002g。