[发明专利]一种不含氟的石墨烯-有机硅树脂超疏水涂料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种不含氟的石墨烯‑有机硅树脂超疏水涂料的制备方法及应用。有机氟化物由于其超强的化学稳定性导致难以分解，在全球范围内已被限制使用。本发明将石墨烯与有机硅树脂通过物理方式和化学方式相结合，通过简单工艺即可得到存储稳定性好的超疏水涂层。本发明所得的超疏水涂层具有良好的机械性能与化学稳定性，静态水滴接触角大于150°，具有一定的导电性能，在防水抗冰、通电升温、抗电磁屏蔽及抗静电领域应用前景广阔。

技术领域

本发明属于超疏水涂层技术领域，具体涉及一种不含氟的石墨烯-有机硅树脂超疏水涂料的制备方法及应用。

背景技术

超疏水表面一般指水滴与其接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。它具有自清洁、抗粘附、防水等优良特性，使得超疏水材料在防水衣物、外墙涂料、电子元器件、油水分离、生物医药等领域展现出十分广泛的应用前景。为求疏水效果，现有的超疏水表面的制备方法多为添加极低表面能的有机含氟化合物。然而由于有机含氟化合物结构中氟-碳键的键能极强，使得这类物质的化学性质极为稳定，能够经受高温、光照、绝大多数化学反应、微生物作用和动植物的代谢作用。考虑到此类物质可能引发的生态环境问题和人体健康危害，已经有部分国家和地区将一些含氟有机化合物列入禁止使用名单。此外，涂层表面的纳微结构极易被破坏，使其超疏水性能在使用过程中难以保持。同时目前制备超疏水涂层的方法通常较为复杂，工艺条件比较苛刻，难以实现现场大面积涂装。因此，发明一种无氟且性能稳定、可现场涂装、简单易行的超疏水涂层的制备与使用方法，对推动超疏水涂层在实际生产、生活中的应用具有重要意义和实践价值。

石墨烯具有优异的力学性能，可构建稳定的纳微结构，但石墨烯化学惰性，无法和有机硅树脂在分子尺度上均匀混合，反而导致涂层力学性能下降；但化学性质活泼的氧化石墨烯亲水性太强，导致涂层疏水效果不佳。目前采用的技术方案是将氧化石墨烯氟化处理以降低其表面能，但是这会带来如背景技术所述的环境问题。此外，现有的制备超疏水涂层的方法通常较为复杂，工艺条件比较苛刻，难以实现现场大面积涂装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无氟且性能稳定、可现场涂装、简单易行的不含氟的石墨烯-有机硅树脂超疏水涂料的制备方法及应用。其中，石墨烯提供优异的力学性能并构建纳微结构，有机硅树脂提供极佳的疏水及成膜效果。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：一种不含氟的石墨烯-有机硅树脂超疏水涂料的制备方法，先利用化学性质活泼的氧化石墨烯与硅烷偶联剂反应，使石墨烯表面硅烷化，提升与有机硅树脂的相容性；再将硅烷化的石墨烯与有机硅树脂混合，涂膜，干燥固化得石墨烯-有机硅树脂超疏水涂层。

具体包括以下步骤：

A、将氧化石墨烯粉末和硅烷偶联剂分散于溶剂中，搅拌并超声使之均匀分散0.5-7小时后，将该浆料过滤干燥即得硅烷化石墨烯。

其中：溶剂是醇、醚、二甲基乙酰胺、氯仿、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂中的一种或者几种的混合。

硅烷偶联剂是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、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中一种或几种的混合。

按质量比计，氧化石墨烯1-10份，硅烷偶联剂1～50份，溶剂10～2000份；

作为优选方案，氧化石墨烯1-5份，硅烷偶联剂1～25份，溶剂30～500份；更为优选的是，氧化石墨烯1-5份，硅烷偶联剂1～30份，溶剂20～200份。

B、将A中的硅烷化石墨烯加入到有机硅中，强力搅拌使之均匀分散，再加入溶剂以调节粘度，得石墨烯-有机硅涂料。

其中硅烷化石墨烯、有机硅和溶剂按质量比计，硅烷化石墨烯1-20份，有机硅1～100份，溶剂50-3000份；