[发明专利]石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结-环氧丙烯酸酯复合材料及制备与应用

说明书

本发明属于涂料技术领域，公开了一种石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结‑环氧丙烯酸酯复合材料及制备与应用。所述制备方法为：将氧化石墨烯与石墨相氮化碳通过超声混合8～12h，反应结束后离心，固体产物经干燥，获得石墨相氮化碳/氧化石墨烯；然后将硅烷偶联剂与石墨相氮化碳/氧化石墨烯加入到无水乙醇中，回流状态下常温搅拌反应2～4h，反应结束后离心，固体产物经干燥、过筛，得到改性石墨相氮化碳/氧化石墨烯；最后将其与环氧丙烯酸酯混合均匀，得到石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结‑环氧丙烯酸酯复合材料。该复合材料可应用于紫外光固化涂料中，所得涂膜具有优异的硬度、热学性能、力学性能及光催化性能。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结-环氧丙烯酸酯复合材料及制备与应用。

背景技术

紫外光固化涂料是20世纪60年代出现的一种高效、环保与节能的新型涂料，其优势在于固化速率快、挥发性溶剂使用量少、节能效率高、固化过程操作可自动化等，适合连续化大生产。它符合目前世界范围内日益重视的环保与节能要求，被称为新一代环境友好与节能产品，并在各行业的应用中得到快速发展(Chen Z,Webster DC.Study of theeffect of hyperbranched polyols on cationic UV curable coating properties[J].Polymer International,2007,56(6):754-763.)。紫外光固化涂料一般由齐聚物、活性稀释剂、光引发剂与助剂等组成。其中，齐聚物作为主要成膜物质，也是紫外光固化涂料中比例最大的组分之一，对于涂料的性能起到关键性作用。齐聚物主要包括环氧丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯等。

环氧丙烯酸酯是当前应用最广泛和用量最大的光固化齐聚物之一，它成膜后固化膜具有附着力强、润湿性好和耐化学品性能良好等特点。然而，纯有机体系的涂料有着不可避免的缺点，如硬度低、耐磨性能差、力学和热学性能较低等。因此，为了满足光固化涂料的进一步应用要求，对环氧丙烯酸酯的改性研究是十分有必要的。目前，通过填充无机物制备紫外光固化有机-无机杂化体系是紫外光固化涂料的一个新研究方向，它有望改善紫外光固化涂料上述的缺陷并增强其综合性能(Ranjbar Z,Jannesari A,Rastegar S,etal.Study of the influence of nano-silica particles on the curing reactions ofacrylic-melamine clear-coats[J].Progress in Organic Coatings,2009,66(4):372-376.)。在这类材料中，无机相可以延伸结构、增强结构复杂性，与有机相协同作用，加强结构稳定性。聚合物基杂化材料结合了无机组分的高强度、硬度、耐热性和有机组分的柔韧性、延展性等。所以，聚合物基无机杂化材料受到越来越多的重视和研究(龚春林.紫外光固化有机无机杂化材料的制备及性能研究[D].杭州：浙江工业大学,2009.)。

近年来，各种无机粒子已被引入紫外光固化涂料体系中，如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锌以及各种黏土等(Kim D,Jeon K,Lee Y,et al.Preparation andcharacterization of UV-cured polyurethane acrylate/ZnO nanocomposite filmsbased on surface modified ZnO[J].Progress in Organic Coatings,2012,74(3):435-442.)。这些研究大部分是基于有机聚合物与无机材料之间的物理相互作用。作为廉价的无机材料，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有优异的热稳定性、高硬度及化学惰性，因而是理想的复合材料填料粒子。特别地，对于聚合物-无机杂化体系，石墨相氮化碳作为填料加入，可提高聚合物的耐磨性、力学与热学性能等，从而起到增强聚合物物理性能的作用。一般而言，无机粒子在杂化体系中的分散性及其性质对于提高聚合物性能是非常重要的。

发明内容