[发明专利]一种耐高温耐磨石墨烯涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种耐高温耐磨石墨烯涂料及其制备方法。

 

背景技术

石墨烯可以看作是被剥离的石墨单片层，只有一个碳原子层的厚度（0.35 nm），碳原子之间成六角环形排列，每个碳原子通过σ键与其他三个碳原子紧密相连，C-C键使得石墨烯具有优异的力学性质。碳原子间的强大作用力使其成为目前己知的力学强度最高的材料，并可作为添加剂广泛应用于新型高强度复合材料之中。

石墨烯具有超硬特性(110GPa)，比钻石还硬。石墨烯还具有超高的强度，比世界上最好的钢铁还要高上100倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。虽然它很结实，但是柔韧性跟塑料包装一样好，可以随意弯曲、折叠或者像卷轴一样卷起来。石墨烯导热性远超一切其他材料，在塑料里掺入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30℃。此外，石墨烯还具有优良的润滑、耐腐蚀性能。石墨烯微片与其它材料的结合，可以大幅度提高许多材料的润滑度、耐腐蚀性，材料的性能将得到极佳的改善。 

 摩擦腐蚀理论认为，高温下当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的摩擦作用力。如果摩擦还带有腐蚀，产生危害就不是可以忽视的。研究发现，摩擦腐蚀对于摩擦基体产生的氧化物可导致局部应力，引起疲劳裂纹，甚至粘结，还可能改变接触电阻，从而影响弱电流继电器的功能。产生该种摩擦腐蚀的机理有磨损-氧化和氧化-磨损两种。摩擦腐蚀理论认为在受压的金属界面上，某些微小突起部分发生冷焊，然后在相对运动过程中，冷焊区局部断裂，形成很小的金属碎屑，因摩擦腐蚀热又将其氧化。这个过程的反复进行，在界面上形成小坑或细槽，并积存氧化物碎屑。后种理论认为大多数金属表面都有一层氧化膜，某些微小突起部分的氧化膜在高压下破裂成碎片，暴露出的新鲜表面被重新氧化或冷焊，然后在相对运动过程中，使冷焊区或氧化膜局部破裂，摩擦腐蚀热又将金属或金属碎片氧化，如此反复，使接触面受到损坏。由此看出摩擦腐蚀产生的基本条件是接触面必须承受载荷，接触面间必须存在振动或反复的相对移动，接触面的载荷和相对运动足以使表面产生滑动或变形。

有鉴于上述石墨烯作为涂料的技术优势，可以避免材料表面发生上述摩擦腐蚀理论中高温或/和摩擦情况下出现的问题。本发明提供一种由石墨烯为主要原料的涂料，目前市场上没有这种涂料。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐磨石墨烯涂料及其制备方法。

所制备的导热耐磨石墨烯涂料以功能化石墨烯为涂料主体，硅酸盐作为连接料，助剂包括偶联剂、促进剂、流平剂、消泡剂、润湿分散剂和成膜助剂等，水作为涂料的溶剂。

具体的，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温耐磨石墨烯涂料，其由以下重量百分比的组份组成：硅酸盐35.0-60.0wt%，石墨烯0.01-20.0wt%，助剂0.1 %-25.0 wt%，余量为作为溶剂的水。 

所述石墨烯是由化学掺杂或者化学改性而获得的功能石墨烯或石墨烯。

选择石墨烯作为涂料主要成分的原因是：石墨烯的主体部分由稳定的六元环构成，每个碳原子通过σ键与其他三个碳原子紧密相连，C-C键使得石墨烯具有优异的力学性质。石墨烯边沿及缺陷部位具有较高的反应活性，可以通过与石墨烯边沿的羧基、羟基和环氧键等活性基团改性反应引入，可以利用多种化学反应对石墨烯进行共价键功能化。通过引入特定的官能团，还可以赋予石墨烯新的性质，进一步拓展其应用领域。  

所述硅酸盐包括碱金属（主要有K、Ca、Na、Fe、Mg、Al、Mn等）硅酸盐水溶液和胶体二氧化硅的水分散液。硅酸在溶液中的浓度高于溶解度时发生聚合，聚合作用是硅酸的重要性质，即单硅酸聚合成低聚硅酸，再聚合成高聚硅酸。

所述助剂包括：偶联剂、润湿分散剂、消泡剂、脱泡剂、流平剂中的一种或多种。所述偶联剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的一种或多种混合物，其可以提高湿态下的粘合力、耐候性，改善石墨烯分散性，提高耐磨性和树脂的交联，提高粘合力的浸润性。所述流平剂为丙烯酸类流平剂、氟类流平剂、有机硅流平剂等；所述消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝或胺类；所述成膜助剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、醇酯十二等。

本发明还提供上述的耐高温耐磨石墨烯涂料的制备方法，以制备其内含有50g石墨烯的耐高温耐磨石墨烯涂料为例，其包括以下步骤：