[发明专利]一种石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃涂料及其制备方法与应用，特别涉及到一种石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制备方法与应用。

背景技术

玻璃涂料由溶剂型向水性发展，是玻璃饰品、工艺品、玻璃容器及酒瓶等行业适应绿色环保要求发展的必然趋势，已经逐渐取代传统溶剂型涂料，占据市场主流领域。并且随着应用领域的不断拓展，对玻璃涂料功能特性提出了越来越高的要求，已经远远超越了传统装饰和美化的要求，对其耐磨损、抗划刻、耐候性等性能提出了更高要求，不断替代传统无机涂料涂层的应用市场。尤其在酒瓶行业，采用自动化灌注和包装等工艺，玻璃容器在生产、罐装、运输过程中难免相互磕碰，以及用户对防瓷表面高档化的要求，对传统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、耐磨性和抗划刻性，一直是决定其发展的关键技术。以往研究主要集中在有机无机杂化树脂、无机填料改性等手段，由于大量改变原有树脂基本特性，导致其成膜工艺下大大下降。大量无机填料改性将导致树脂成膜后发脆、附着力和耐候性下降，极大恶化涂料性能。并且无机填料添加带来界面特性和分散性难题，一直困扰传统玻璃涂料性能的进一步提升。

石墨烯是一种单层石墨片结构，具有巨大的比表面积、轻质、高强度、高弹性模量，且具有良好的树脂兼容性。尤其是其硬度可与金刚石媲美，形成片层具有很强的覆盖力，显著提高涂层硬度和耐磨性。因此，石墨烯的出现为高性能耐磨涂料改性技术提供了一种理想的改性剂。迄今为止，尚无相关专利和报道公开。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料及其制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：提供一种石黑烯改性的耐磨水性玻璃涂料，其特征在于，该涂料为双组分，第一组分为基体成膜物，第二组分为固化剂，其中第一组分及重量百分比包括：

改性环氧树脂20-40％；

助剂0.5-7％；

石墨烯0.1-5％；

偶联剂1-2％；

剩余的是水；

在使用过程中，第一组分和第二组分混合，其中第二组分占混合物重量百分比的3-30％，该第二组分是胺类固化剂。

优选地，该胺类固化剂是脂肪胺、脂环胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一种或任意组合。

优选地，该改性环氧树脂为丙烯酸改性环氧树脂水分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液、及改性环氧树脂直接乳化的乳液中的任意一种或几种。

优选地，助剂为消泡剂、流平剂、成膜助剂、及增稠剂的一种或几种。

优选地，该石墨烯可以是单层、少层、多层石墨烯及石墨烯微片的任意一种或者几种。

优选地，该偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的一种或几种，且在使用3小时之前添加混合。

本发明还提供了另一技术方案：一种石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、将计量配比的改性环氧树脂、助剂、石墨烯水分散液在高速搅拌机中混合并搅拌，随后加水调整至合适粘度，静置消泡后得到第一混合物；

步骤二、在使用3小时之前，再将偶联剂添加到步骤一的第一混合物中，即获得第一组分；

步骤三、准备胺类固化剂作为第二组分，在使用过程中，将第一组分与第二组分均匀混合得到第二混合物，该第二混合物即为石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料。

优选地，在步骤一中，在高速搅拌机中混合搅拌10分钟至1小时，搅拌速度1500-5000转/分钟。

优选地，第二组分占第二混合物重量百分比的3-30％；该胺类固化剂是脂肪胺、脂环胺、芳香胺和聚酰胺中的任意一种或任意组合。

优选地，该改性环氧树脂为丙烯酸改性环氧树脂水分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液、及改性环氧树脂直接乳化的乳液中的任意一种或几种。

本发明还提供了一种石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料的应用，采用滚涂、喷涂、旋涂中任意一工艺在玻璃表面成膜，固化条件为100-200摄氏度，时间为5-40分钟。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)石墨烯功能化后表面具有大量含氧功能基团，在水中具有良好的分散能力，能够形成非常稳定的均匀分散体系，以此作为添加成分，将能够实现与水性涂料的良好混合和分散；

(2)由于石墨烯具有硬度高、弹性模量大、强度高等优异的综合力学特性，且其二维平面界面，特别有利于在表面形成高硬度的自组装层，能够显著提高涂料硬度；