[发明专利]一种氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料及其制备方法，利用氧化石墨烯中含氧官能团，即氧化石墨烯片上随机分布羟基和环氧基，单片周围分布着羧基和羰基，与丙烯酸乳液树脂上羧基交联共聚形成网状结构。氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料，可有效提高涂层中石墨烯均匀分散性，使氧化石墨烯的二维片层结构在涂层中层层叠加，氧化石墨烯与丙烯酸树酯形成致密的界面层，保护水性涂层发挥良好的漆膜强度、耐磨性、耐水性、耐候性，既改善水性丙烯酸涂料性能又有效降低涂料中有机挥发物对环境与家居健康的影响，相关产品与工艺可广泛应用于建筑装饰、家具制造等领域，市场前景广阔。

技术领域

本发明属于涂料树脂领域，尤其涉及一种氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料及其制备方法。

背景技术

树脂涂料广泛应用于建筑装饰、家具制造等行业，但大多无机涂料或有机无机复合涂料，其溶剂或助剂等都含多种有机挥发物，涂料使用过程有机挥发物释放对环境与家居健康造成严重影响，影响21世纪涂料与涂饰的是以VOC为首的环境保护法规的制约。水性涂料环保性较好，但是其使用过程可能会引发基材表面的润胀变形起毛等问题，尤其在建筑装饰和家具制造行业广泛使用的纤维板与刨花板等人造板基材。水性涂料还存在表面漆膜强度、耐磨性、耐水性、耐候性等较弱的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料及其制备方法，利用氧化石墨烯中含氧官能团，即氧化石墨烯片上随机分布羟基和环氧基，单片周围分布着羧基和羰基，与丙烯酸乳液树脂上羧基交联共聚形成网状结构。本发明制得的氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料可有效提高涂层中石墨烯均匀分散性，使氧化石墨烯的二维片层结构在涂层中层层叠加，氧化石墨烯与丙烯酸树酯形成致密的界面层，保护水性涂层发挥良好的漆膜强度、耐磨性、耐水性、耐候性，既改善水性丙烯酸涂料性能又有效降低涂料中有机挥发物对环境与家居健康的影响，可广泛应用于建筑装饰、家具制造等领域，市场前景广阔。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）氧化石墨烯表面活性处理：将氧化石墨烯与质量分数3〜5%的活性氧化锌均匀混合，并通过添加质量分数1〜3%的十二烷基苯磺酸钠，对氧化石墨烯体系的表面张力进行调节，使溶液表面张力和石墨层间张力相近，然后在50〜3000 rpm条件下搅拌30〜60min使其分散活化，得到分散性较好的单层或多层的氧化石墨烯备用。

（2）氧化石墨烯与丙烯酸乳液树脂交联共聚：经表面活性处理的氧化石墨烯与丙烯酸乳液树脂交联共聚，将质量分数0.5〜1.5%的氧化石墨烯与固体含量40〜50%的水性丙烯酸乳液树脂共混，石墨烯中含氧官能团，即氧化石墨烯片上随机分布羟基和环氧基，单片周围分布着羧基和羰基，与丙烯酸树脂上羟基和羧基交联共聚形成网状结构混合物。

（3 ）氧化石墨烯、丙烯酸乳液树脂、纳米氧化硅乳液、水性涂料混合工艺：将质量分数50〜80%的氧化石墨烯和丙烯酸乳液树脂交联共聚混合物、质量分数1〜5%的纳米氧化硅乳液、与质量分数15〜45%的水性涂料混合搅拌，结合20〜50KHZ超声波辅助处理30～50min、转速范围50〜3000 rpm、温度控制5～45℃。纳米氧化硅可提高改性涂料的流平性、抗沾污性等，超声波辅助处理可改善涂料的均匀分散性能，制得氧化石墨烯改性水性丙烯酸涂料。

产品主要性能指标：固体含量为30～40%、粘度（涂4杯）30～50 s、表干时间5〜20min、实干时间2〜4h、附着力1〜0级、铅笔硬度5~7H。与普通水性涂料相比，显著区别在于氧化石墨烯、纳米氧化锌与氧化硅的添加，可实现改性复合涂层结构与理化性能的调整，相关产品的理化性能优良，改性涂料的流平性、抗沾污性、附着性、漆膜硬度、耐磨性、耐水性、耐候性等显著提升，各项性能指标约提升60〜120%。

有益效果：