[发明专利]一种星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米涂料及其制备方法

说明书

本发明一种星形丙烯酸酯石墨烯纳米复合涂料及其制备方法，属于涂料、粘合剂及功能材料领域。首先采用电子转移再生催化剂原子转移自由基技术(ARGET ATRP)合成含羟基星形丙烯酸酯树脂，再与石墨烯、分散剂混合球磨均匀，得到浆料，再加入星形丙烯酸酯树脂所配成的溶液通过机械搅拌混合得到复合物，作为组分甲；以异氰酸酯固化剂作为组分乙，将甲乙组份按一定比例混合，即得到纳米复合涂料。该纳米复合涂料具有低粘度、表干块、抗静电、耐冲击的优良性能。

技术领域

本发明属于涂料、粘合剂及功能材料领域，尤其涉及到利用电子转移再生催化剂原子转移自由基技术(ARGETATRP)合成星形丙烯酸酯树脂并且与石墨烯复合，制备得到一种星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米复合涂料。

背景技术

涂料作为一种工业产品，其主要功能在于装饰，功能相对较为单一。随着科技的发展和进步，功能单一的传统涂料已经不能满足现实的需求。纳米涂料作为一种新型的涂料出现，引起了广泛的关注。纳米材料种类繁多，性能各异，即使同一种纳米粒子在不同的粒径下也可能会有不同的功能。目前纳米材料在涂料中的应用一般是将纳米粒子分散在传统涂料里面，形成纳米复合涂料。这种方法工艺简单，效率高。

石墨烯纳米材料是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，具有优良的导热性能和导电性能，其导热系数高于金刚石，电阻率比铜还低。但是石墨烯由于比表面积大，在涂料中易于团聚，严重影响涂料的性能。同时由于石墨烯与比表面积大，与高分子链之间的作用力强，少量石墨烯的加入就会使涂料的粘度明显增加，从而有损涂料的施工性能或者不得不降低涂料的固体含量。

星形聚合是一种特殊的支化聚合物，在溶液中，星形聚合物分子呈球形，分子内和分子间几乎没有链缠绕，相对于同等分子量的线形聚合物溶液，溶液粘度大大降低。将星形聚合物作为涂料树脂将提高固含量，减少可挥发性有机化合物(VOC)的排放。原子转移自由基聚合(ATRP)是制备星形聚合物的一种常用方法，但是其催化剂用量大限制了其工业化进程。用电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET-ATRP)的方法可以将催化剂的用量降低到ppm级，几乎可以不需要将催化剂脱除。

本发明将ARGET-ATRP法制备得到的羟基星形丙烯酸酯树脂作为基体树脂，在商品化分散剂的辅助下，通过球磨和机械搅拌的方法来分散石墨烯，然后与异氰酸酯复配得到纳米涂料。并且与线形星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米涂料进行对比，发现星形聚合物作为基体树脂不仅粘度低(易于施工，降低VOC)、漆膜基本性能也优于线形丙烯酸树脂，在分散和稳定石墨烯，制备功能涂料方面具有独特的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米涂料及其制备方法。它是采用多官能团ATRP引发剂引发丙烯酸酯单体共聚得到星形聚丙烯酸酯与石墨烯复合，然后和异氰酸酯固化剂复配得到纳米涂料。

星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米涂料包括甲组分和乙组分，甲组分包括星形丙烯酸酯树脂、溶剂、石墨烯，乙组分为异氰酸酯固化剂，其中，甲组分中星形丙烯酸酯树脂固含量为60％，溶剂为二甲苯/乙酸丁酯的混和溶剂。

作为优选：甲组分中还包括分散剂BYK-161。

甲组分中星形丙烯酸树脂的数均分子量为8000-12000，结构如下，

其中，代表由两种丙烯酸酯结构单元构成的星形聚合物的臂，结构如下

本发明还提供了一种上述星形丙烯酸酯树脂/石墨烯纳米涂料的制备方法：

(1)星形丙烯酸酯树脂的制备

将单体、引发剂、催化剂、配体、还原剂、溶剂依次加入三口烧瓶中，混合后抽真空-通氩气除氧，氩气保护下70℃进行反应，转化率达到90％以上结束反应，得到羟值在90mgKOH/g、分子量范围8000-12000的星形丙烯酸酯树脂，