石墨烯復(fù)合涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯復(fù)合涂層，尤其是使用表面改質(zhì)的石墨烯片，使之與可固性樹脂充分混合，改善界面強(qiáng)度，并能作為目標(biāo)基材上的強(qiáng)化涂層，增加目標(biāo)基材的抗氧化、耐酸堿及機(jī)械強(qiáng)度等特性。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是以Sp2混成軌域組成六角形蜂巢排列的二維晶體，厚度為0.335nm,僅一個(gè)碳原子直徑，是目前世上最薄的材料，卻擁有杰出的力學(xué)性質(zhì)，機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼鐵百倍，比重卻僅約鋼鐵的四分之一，針對復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度提升是極佳的選擇。
[0003]石墨烯的制備方法可分為剝離石墨法、直接生長法與納米碳管轉(zhuǎn)換法三大類，其中剝離石墨法可制得石墨烯粉體，而這類方法當(dāng)中最適合應(yīng)用于量產(chǎn)制程的主要為氧化還原法。此方法的原理為先將石墨氧化，形成氧化石墨烯，此氧化石墨烯是一種石墨烯的氧化態(tài)，石墨其表面與內(nèi)層皆有含量極高的氧原子或是其它官能基，有助于溶液中的分散性，但是容易破壞石墨烯的SP2結(jié)構(gòu)，在石墨烯的表面形成開環(huán)或是5碳環(huán)、7碳環(huán)，造成物理性質(zhì)較一般的石墨烯差。
[0004]將氧化石墨烯經(jīng)過高溫或化學(xué)還原處理后即可得到還原石墨烯，該還原石墨烯還原步驟處理后將使得石墨烯表面的官能基大量減少，并且成為薄片的二維形貌，此程序有助于恢復(fù)石墨烯的物理性質(zhì)，但是當(dāng)此類石墨烯與其它材料結(jié)合時(shí)，材料之間的異質(zhì)性使得相互之間結(jié)合力較差。
[0005]多種常用的樹脂皆具有優(yōu)良、耐腐蝕、絕緣等性能，應(yīng)用于接合劑、涂料、絕緣材料以及復(fù)合材料中。由于復(fù)合材料具有強(qiáng)度較高、密度低的特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為不可或缺的材料之一。其固化物具有粘著力強(qiáng)、絕緣性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)和收縮率小等優(yōu)良特性，已在多種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。
[0006]中國專利CN102286189描述了一種氧化石墨與環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料，將氧化石墨與環(huán)氧樹脂以多種物理方式混合后，進(jìn)而固化成型的產(chǎn)物，用于改善環(huán)氧樹脂的機(jī)械強(qiáng)度。制程中并無有毒溶劑，并且有助于石墨烯分散。但是氧化石墨由于官能基含量太高，雖有助于兩者之間的結(jié)合，但其機(jī)械性質(zhì)相較于使用石墨烯差。
[0007]美國專利W02011120008描述了一種石墨烯與二甲基乙酰胺樹脂的復(fù)合材料，將化學(xué)處理法的還原石墨烯與二甲基乙酰胺樹脂混合，進(jìn)而固化成型的產(chǎn)物，改善環(huán)氧樹脂的機(jī)械強(qiáng)度。但是還原石墨烯表層官能基較少，無法與環(huán)氧樹脂形成有效的接合界面。
[0008]因此需要提供一種具有表面改質(zhì)的石墨烯，使該石墨烯表面具備有官能基，在與樹脂形成復(fù)合材料時(shí)，可與樹脂的官能基相容，提高兩者界面結(jié)合的強(qiáng)度，有效提升復(fù)合材料的機(jī)械特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的主要目的在于提供一種石墨烯復(fù)合涂層，該石墨烯復(fù)合涂層用以涂布于一目標(biāo)對象表面，該石墨烯復(fù)合涂層包含一可固化混合樹脂及多個(gè)表面改質(zhì)納米石墨烯片。該可固化混合樹脂占整體97wt%以上，包含一可固化樹脂以及一硬化劑，其中該可固化樹脂占可固化混合樹脂10?50%、該硬化劑占可固化混合樹脂的O?10wt%。該表面改質(zhì)納米石墨烯片均勻分布于可固化混合樹脂中，占總體石墨烯復(fù)合涂層低于3wt%，分布密度為 0.001 ?0.05g / cm3。
[0010]所述表面改質(zhì)石墨烯納米片，為石墨烯片的表面受到改質(zhì)，而使得石墨烯片的表面具有-SO3官能基、-R’ COX官能基、-R’ (COOH)2官能基、-R’ C00H, -R’ CH2X-OH官能基，以及-R’ CHO官能基的至少其中之一，其中R’為烴基，而X為-NH2及/或0H，，表面的官能基有助于使納米石墨烯片與可固化樹脂更有效的產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)，增進(jìn)石墨烯片表面與可固化樹脂之間的兼容性。
[0011]可固化樹脂具有化學(xué)穩(wěn)定性高及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，能有效地提升目標(biāo)對象的機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性。該硬化劑及該可固化樹脂在150?250°C下產(chǎn)生交聯(lián)。進(jìn)一步地，還可以加入催化劑，加速樹脂與硬化劑交聯(lián)的反應(yīng)速率，防止在加熱交聯(lián)的過程當(dāng)中，由于可固化樹脂黏度的改變，影響表面改質(zhì)石墨烯片于可固化混合樹脂內(nèi)的分散均勻性。
[0012]藉由將石墨烯片表面改質(zhì)，能使與樹脂時(shí)充分混合而兼容、并均勻分散于樹脂之中，提高界面結(jié)合強(qiáng)度，有效提升復(fù)合材料的機(jī)械特性，更能在目標(biāo)基材上作為一強(qiáng)化涂層，強(qiáng)化該目標(biāo)基材的抗氧化、耐酸堿及機(jī)械強(qiáng)度等特性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明石墨烯復(fù)合涂層的剖面示意圖。
[0014]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0015]10石墨烯復(fù)合涂層用
[0016]20可固化混合樹脂
[0017]25表面改質(zhì)納米石墨烯片
[0018]100目標(biāo)對象表面
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下配合圖式及組件符號對本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0020]參閱圖1，為本發(fā)明石墨烯復(fù)合涂層的剖面示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的石墨烯復(fù)合涂層10用以涂布于一目標(biāo)對象表面100，該石墨烯復(fù)合涂層10包含一可固化混合樹脂20及多個(gè)表面改質(zhì)納米石墨稀片25。該可固化混合樹脂占整體石墨稀復(fù)合涂層的97%以上，且包含一可固化樹脂，以及一硬化劑，其中該可固化樹脂占可固化混合樹脂的10?50%、該硬化劑占可固化混合樹脂的O?10wt%。
[0021]該表面改質(zhì)納米石墨烯片25均勻分布于可固化混合樹脂20中，占總體石墨烯復(fù)合涂層低于3wt%,分布密度為0.001?0.05g / cm3。所述表面改質(zhì)石墨烯納米片25，為石墨烯片的表面受到改質(zhì)，而使得石墨烯片的表面具有-SO3官能基、-R’ COX官能基、-R’ (COOH)2官能基、-R’ C00H，-R’ CH2X-OH官能基，以及-R’ CHO官能基的至少其中之一，其中R’為烴基，而X為-NH2及/或0H，且所述該表面改質(zhì)納米石墨烯片25的氧含量為3?20wt%，表面的官能基