專利名稱：一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種玻璃涂料及其制備方法與應用，特別涉及到一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法與應用。
背景技術：
玻璃涂料由溶劑型向水性發(fā)展，是玻璃飾品、工藝品、玻璃容器及酒瓶等行業(yè)適應綠色環(huán)保要求發(fā)展的必然趨勢，已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)溶劑型涂料，占據(jù)市場主流領域。并且隨著應用領域的不斷拓展，對玻璃涂料功能特性提出了越來越高的要求，已經(jīng)遠遠超越了傳統(tǒng)裝飾和美化的要求，對其耐磨損、抗劃刻、耐候性等性能提出了更高要求，不斷替代傳統(tǒng)無機涂料涂層的應用市場。尤其在酒瓶行業(yè)，采用自動化灌注和包裝等工藝，玻璃容器在生產、罐裝、運輸過程中難免相互磕碰，以及用戶對防瓷表面高檔化的要求，對傳統(tǒng)玻璃涂料硬度和耐磨性提出了更高要求。如何提高水性玻璃涂料硬度、耐磨性和抗劃刻性，一直是決定其發(fā)展的關鍵技術。以往研究主要集中在有機無機雜化樹脂、無機填料改性等手段，由于大量改變原有樹脂基本特性，導致其成膜工藝下大大下降。大量無機填料改性將導致樹脂成膜后發(fā)脆、附著力和耐候性下降，極大惡化涂料性能。并且無機填料添加帶來界面特性和分散性難題，一直困擾傳統(tǒng)玻璃涂料性能的進一步提升。
石墨烯是一種單層石墨片結構，具有巨大的比表面積、輕質、高強度、高彈性模量， 且具有良好的樹脂兼容性。尤其是其硬度可與金剛石媲美，形成片層具有很強的覆蓋力，顯著提高涂層硬度和耐磨性。因此，石墨烯的出現(xiàn)為高性能耐磨涂料改性技術提供了一種理想的改性劑。迄今為止，尚無相關專利和報道公開。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法與應用。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案提供一種石黑烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該涂料為雙組分，第一組分為基體成膜物，第二組分為固化劑， 其中第一組分及重量百分比包括
改性環(huán)氧樹脂20-40% ；
助劑0.5-7%;
石墨烯O. 1-5% ；
偶聯(lián)劑1-2% ；
剩余的是水；
在使用過程中，第一組分和第二組分混合，其中第二組分占混合物重量百分比的 3-30%，該第二組分是胺類固化劑。
優(yōu)選地，該胺類固化劑是脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一種或任意組合。
優(yōu)選地，該改性環(huán)氧樹脂為丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液、直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液、及改性環(huán)氧樹脂直接乳化的乳液中的任意一種或幾種。
優(yōu)選地，助劑為消泡劑、流平劑、成膜助劑、及增稠劑的一種或幾種。
優(yōu)選地，該石墨烯可以是單層、少層、多層石墨烯及石墨烯微片的任意一種或者幾種。
優(yōu)選地，該偶聯(lián)劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒、Y_(2,3_環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷和Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的一種或幾種，且在使用3小時之前添加混合。
本發(fā)明還提供了另一技術方案一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟
步驟一、將計量配比的改性環(huán)氧樹脂、助劑、石墨烯水分散液在高速攪拌機中混合并攪拌，隨后加水調整至合適粘度，靜置消泡后得到第一混合物；
步驟二、在使用3小時之前，再將偶聯(lián)劑添加到步驟一的第一混合物中，即獲得第一組分；
步驟三、準備胺類固化劑作為第二組分，在使用過程中，將第一組分與第二組分均勻混合得到第二混合物，該第二混合物即為石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料。
優(yōu)選地，在步驟一中，在高速攪拌機中混合攪拌10分鐘至I小時，攪拌速度 1500-5000 轉 / 分鐘。
優(yōu)選地，第二組分占第二混合物重量百分比的3-30% ;·該胺類固化劑是脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一種或任意組合。
優(yōu)選地，該改性環(huán)氧樹脂為丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液、直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液、及改性環(huán)氧樹脂直接乳化的乳液中的任意一種或幾種。
本發(fā)明還提供了一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的應用，采用滾涂、噴涂、旋涂中任意一工藝在玻璃表面成膜，固化條件為100-200攝氏度，時間為5-40分鐘。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(I)石墨烯功能化后表面具有大量含氧功能基團，在水中具有良好的分散能力，能夠形成非常穩(wěn)定的均勻分散體系，以此作為添加成分，將能夠實現(xiàn)與水性涂料的良好混合和分散；
(2)由于石墨烯具有硬度高、彈性模量大、強度高等優(yōu)異的綜合力學特性，且其二維平面界面，特別有利于在表面形成高硬度的自組裝層，能夠顯著提高涂料硬度；
(3)石墨烯改性添加量遠遠低于傳統(tǒng)無機填料的添加量，幾乎不改變基體涂料的成膜特性，具有很強的普適性。


圖1是本發(fā)明實施例1制備得到的石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料固化之后的涂層斷口掃描電子顯微鏡照片。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法，充分發(fā)揮石墨烯超薄二維片狀結構具有的高硬度、高活性、巨大比表面積及其優(yōu)越的綜合力學性能的特點， 在涂料固化后形成二維自組裝層，具有優(yōu)異的覆蓋能力；同時由于石墨烯表面大量的含氧基團，在水中的良好分散性和相容性，添加到水性玻璃涂料中，幾乎不改變原有水性涂料工藝性的條件下，實現(xiàn)對水性玻璃涂料硬度和耐磨性的提高。該發(fā)明的涂料具有硬度高、耐磨性好、與玻璃基底親和力粘附力強、耐水、耐乙醇性好等特點，且符合綠色環(huán)保發(fā)展趨勢和要求。
本發(fā)明提供的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料為雙組分，第一組分為基體成膜物，第二組分為固化劑。其中第一組分基本組成及重量百分比為
改性環(huán)氧樹脂20-40%
助劑O. 5-7%
石墨烯O. 1-5%
偶聯(lián)劑1-2% ；
其余為水；
在使用過程中，第一組分和第二組分混合，其中第二組分是胺類固化劑，占混合物重量百分比的3-30%。
進一步地，該第一組分還可以包括重量比為2-10%的色料，例如紅色、綠色、藍色色料任意一種或者任意組合。
其中，該改性環(huán)氧樹脂采用丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液，或者直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液，或者改性環(huán)氧樹脂直接乳化的乳液中的任意一種或幾種。
該助劑為消泡劑、流平劑、成膜助劑、增稠劑的一種或幾種。
該石墨烯可以是單層、少層或者多層石墨烯及石墨烯微片的任意一種及幾種； 該石墨烯的添加以水分散液的形式加入，將石墨烯按照計算配比分散在水中，可采用超聲分散、球磨分散及研磨分散的任意一種方法，形成的水分散液中石墨烯重量百分含量 O. 1-10%。
該偶聯(lián)劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒(KH550)、Y-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷(KH560)和Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)的任意一種或幾種組合，且在使用3小時之前添加混合。
本發(fā)明還提供了一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的制備方法，其特征在于， 所述制備方法包括如下步驟
步驟一、將計量配比的改性環(huán)氧樹脂、助劑、石墨烯水分散液在高速攪拌機中混合并攪拌，攪拌速度1500-5000轉/分鐘，攪拌時間為10分鐘至I小時，隨后加水調整至合適粘度，靜置消泡后得到第一混合物；
步驟二、在使用3小時之前，再將偶聯(lián)劑添加到步驟一的第一混合物中，即獲得第一組分；
步驟三、準備胺類固化劑 作為第二組分，在使用過程中，將第一組分與第二組分均勻混合得到第二混合物，該第二混合物即為石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料。
在使用該石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的時候，采用滾涂、噴涂、旋涂中任意一工藝成膜，固化條件為100-200攝氏度，時間為5-40分鐘。
以下通過不同實施例具體描述本發(fā)明的石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法等特征。
實施例1 :
按以下重量比的配方稱取原料
改性環(huán)氧樹脂25% ；
助劑5% ；
石墨烯1% ；
Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1% ；
色料5% ；
水63%。
以丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液為基體樹脂，石墨烯水分散液為原料添加。將稱取的丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散、石墨烯水分散液、助劑和色料在高速分散機中高速攪拌混合，攪拌速度3500轉/分鐘，攪拌30分鐘，形成均勻粘稠物；隨后將轉速降至500轉/分鐘，將計量配比剩余的水加入混合物中，均勻攪拌10分鐘；靜置消泡處理后即得到涂料第一混合物，在使用之前1-3個小時，將1%的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑加入到該第一混合物中并攪拌均勻形成第一組分(A組分)。第二組分(B組分)采用聚酰胺650固化劑，A組分和B組分比例為100 15。使用時，將A組分與B組分混合并繼續(xù)攪拌均勻并得到第二混合物，該第二混合物即為石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，較佳地， 400目濾網(wǎng)過濾之后即可使用。采用噴涂方式在玻璃表面成膜，隨后在180攝氏度高溫區(qū)烘烤20分鐘即獲得含有該石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的成品。圖1所示為固化之后涂層斷口掃面電子顯微鏡照片，顯示石墨烯在樹脂基體中形成良好的分散復合。硬度測試采用鉛筆硬度計測試法，硬度5H。
實施例2 :本實施例與實施例1的不同點在于，石墨烯的重量比為2%，硬度5H。
實施例3 :本實施例與實施例1的不同點在于，石墨烯的重量比為O. 5%，硬度4H。
實施例4 :本實施例與實施例1的不同點在于，石墨烯的重量比為O. 2%，硬度3H。
實施例5 :本實施例與實施例1的不同點在于，改性環(huán)氧樹脂為直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液，涂料成膜后硬度4H。
本發(fā)明石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制備方法的優(yōu)點在于
(I)石墨烯功能化后表面具`有大量含氧功能基團，在水中具有良好的分散能力，能夠形成非常穩(wěn)定的均勻分散體系，以此作為添加成分，將能夠實現(xiàn)與水性涂料的良好混合和分散；
(2)由于石墨烯具有硬度高、彈性模量大、強度高等優(yōu)異的綜合力學特性，且其二維平面界面，特別有利于在表面形成高硬度的自組裝層，能夠顯著提高涂料硬度；
(3)石墨烯改性添加量遠遠低于傳統(tǒng)無機填料的添加量，幾乎不改變基體涂料的成膜特性，具有很強的普適性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該涂料為雙組分，第一組分為基體成膜物，第二組分為固化劑，其中第一組分及重量百分比包括改性環(huán)氧樹脂20-40% ；助劑O. 5-7% ；石墨烯O. 1-5% ；偶聯(lián)劑1-2% ；剩余的是水；在使用過程中，第一組分和第二組分混合，其中第二組分占混合物重量百分比的 3-30%，該第二組分是胺類固化劑。
2.如權利要求1所述的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該胺類固化劑是脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一種或任意組合。
3.如權利要求1所述的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該改性環(huán)氧樹脂為丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液、直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液、及改性環(huán)氧樹脂直接乳化的乳液中的任意一種或幾種。
4.如權利要求1所述的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，助劑為消泡劑、流平劑、成膜助劑、及增稠劑的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該石墨烯可以是單層、少層、多層石墨烯及石墨烯微片的任意一種或者幾種。
6.如權利要求1所述的一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，該偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y _(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的一種或幾種，且在使用3小時之前添加混合。
7.—種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟步驟一、將計量配比的改性環(huán)氧樹脂、助劑、石墨烯水分散液在高速攪拌機中混合并攪拌，隨后加水調整至合適粘度，靜置消泡后得到第一混合物；步驟二、在使用3小時之前，再將偶聯(lián)劑添加到步驟一的第一混合物中，即獲得第一組分；步驟三、準備胺類固化劑作為第二組分，在使用過程中，將第一組分與第二組分均勻混合得到第二混合物，該第二混合物即為石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料。
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟一中，在高速攪拌機中混合攪拌 10分鐘至I小時，攪拌速度1500-5000轉/分鐘。
9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，第二組分占第二混合物重量百分比的 3-30% ;該胺類固化劑是脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一種或任意組合，該改性環(huán)氧樹脂為丙烯酸改性環(huán)氧樹脂水分散液、直接乳化環(huán)氧樹脂水性乳液、及改性環(huán)氧樹脂直接乳化的乳液中的任意一種或幾種。
10.一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的應用，其特征在于，采用滾涂、噴涂、旋涂中任意一工藝在玻璃表面成膜，固化條件為100-200攝氏度，時間為5-40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料，該涂料為雙組分，第一組分為基體成膜物，第二組分為固化劑，其中第一組分及重量百分比包括改性環(huán)氧樹脂20-40％；助劑0.5-7％；石墨烯0.1-5％；偶聯(lián)劑1-2％；剩余的是水；在使用過程中，第一組分和第二組分混合，其中第二組分占混合物重量百分比的3-30％，該第二組分是胺類固化劑。本發(fā)明的涂料具有硬度高、耐磨性好、與玻璃基底親和力粘附力強、耐水、耐乙醇性好等特點，且符合綠色環(huán)保發(fā)展趨勢和要求。另外制備方法簡單，操作篩便，具有重要的商業(yè)化應用價值。
文檔編號C09D7/12GK103059691SQ20121059072
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者陳名海, 董其寶 申請人:陳名海