一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，以石墨微粉為原料，采用濕化學(xué)氧化法制備得到氧化石墨烯分散液，然后經(jīng)過濾清洗、超聲粉碎和離心分離得到超親水防霧化氧化石墨烯涂料。此外，本發(fā)明還公開了采用上述涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯涂層的方法。本發(fā)明工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保、操作條件易控，所獲得的氧化石墨烯涂料性能優(yōu)異、適用范圍廣，可應(yīng)用于相對透明的如普通玻璃或有機(jī)透明載體，制備得到的超親水防霧化氧化石墨烯涂層，具有超親水、防霧化、強(qiáng)度高、耐久性長和高透光性等優(yōu)良特性，有效解決了目前已有涂層防霧化效果以及耐久性差的問題，有利于促進(jìn)超親水技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
【專利說明】一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂層材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料及其 制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 固體表面的潤濕性對基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用非常重要。近年來，超親水性作為一種 非常特殊的現(xiàn)象受到了人們的廣泛關(guān)注。超親水性表面是指與水的接觸角<5°的表面，其 性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔、提高表面熱交換效率等多種功能。特別地，由于 超親水性表面具有非常小的水接觸角，因此當(dāng)濕氣或蒸汽冷凝在其表面形成微小水滴時(shí)， 微小水滴就會迅速鋪平，從而達(dá)到不影響鏡面成像、能見度和載體透光率的防霧效果。因 此，超親水性表面具有良好的應(yīng)用前景，近年來其研究和應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。
[0003] 目前，現(xiàn)有技術(shù)超親水表面的研究主要是基于1102超親水涂層的制備研究，制備 方法主要有溶膠-凝膠法、靜電自組裝技術(shù)、微等離子體氧化法、液相沉積法、化學(xué)氣相沉 積法和磁控濺射法等。然而，110 2涂層現(xiàn)有的性能仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會應(yīng)用的需求，如 初始接觸角較大、光譜響應(yīng)范圍較小、超親水性不持久等，從而嚴(yán)重制約了 Ti02涂層的應(yīng)用 范圍；同時(shí)，目前現(xiàn)有技術(shù)超親水涂層也普遍存在著防霧效果以及耐久性仍不理想的問題， 因此研制和開發(fā)具有長效防霧功能、便利、耐久性好且成本低廉的新型防霧涂料及涂層具 有重要的意義和必要性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料 的制備方法，以獲得性能優(yōu)異的超親水防霧化涂覆材料。本發(fā)明的另一目的在于提供利用 上述制備方法制得的超親水防霧化氧化石墨烯涂料，并應(yīng)用該涂料制備得到具有超親水、 防霧化、強(qiáng)度高、耐久性長和高透光性等優(yōu)良特性的超親水涂層，以促進(jìn)超親水技術(shù)的應(yīng)用 和發(fā)展。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明提供的一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)以粒徑小于300目的石墨微粉為原料，采用濕化學(xué)氧化法制備得到氧化石墨 烯分散液；
[0008] (2)將所述氧化石墨烯分散液用去離子水稀釋并過濾清洗，然后進(jìn)行超聲粉碎和 離心分離，即得到超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
[0009] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述氧化石墨烯涂料的濃度為0· 1?0· 2mg/ml。
[0010] 上述方案中，本發(fā)明所述步驟（2)中氧化石墨烯分散液首先用去離子水稀釋，然 后進(jìn)行過濾清洗至中性，之后在300?600W下超聲1?2小時(shí)，最后在10000?15000轉(zhuǎn)/ 分下離心2?3小時(shí)，保留上層液體即為超親水防霧化氧化石墨烯涂料。所述濕化學(xué)氧化 法為施陶登邁爾（Staudenmaier)法、布羅迪（Brodie)法或哈姆斯（Hummers)法。 toon] 本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0012] 利用上述制備方法制得的超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
[0013] 本發(fā)明提供的應(yīng)用上述氧化石墨烯涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯涂層的方 法如下：采用旋涂法，將上述氧化石墨烯涂料涂覆在載體的單面或雙面上，之后進(jìn)行烘干， 即得到氧化石墨烯涂層。
[0014] 上述方案中，本發(fā)明所述旋涂法的工藝要求為：在250?350轉(zhuǎn)/分和3000? 4000轉(zhuǎn)/分下，分別處理20?30秒。所述載體為玻璃或有機(jī)透明載體。所述烘干溫度為 50?95°C，烘干時(shí)間為6?12小時(shí)。
[0015] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述氧化石墨烯涂層的厚度為20?30nm，涂層水接觸角為0? 5°，優(yōu)選為2.4?3.9°，表面壓痕硬度>4. 5GPa。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0017] 本發(fā)明以石墨微粉為原料，工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保、操作條件易控，所獲得 的氧化石墨烯涂料性能優(yōu)異、適用范圍廣，可應(yīng)用于相對透明的如普通玻璃或有機(jī)透明載 體，制備得到的超親水防霧化氧化石墨烯涂層，具有超親水、防霧化、強(qiáng)度高、耐久性長和高 透光性等優(yōu)良特性，有效解決了目前已有涂層防霧化效果以及耐久性差的問題，有利于促 進(jìn)超親水技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：
[0019] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例超親水防霧化氧化石墨烯涂料及涂層的工藝流程示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例超親水防霧化氧化石墨烯涂層防霧化效果對比圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例一超親水防霧化氧化石墨烯涂層水接觸角測試圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例超親水防霧化氧化石墨烯涂層玻璃與原玻璃透光率對比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例一：
[0024] 1、本實(shí)施例一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，如圖1所示，其步驟 如下：
[0025] (1)以粒徑為325目的石墨微粉為原料，采用Hummers法制備得到氧化石墨分散 液；
[0026] (2)取100ml上述氧化石墨分散液，首先加入100ml去離子水稀釋，然后進(jìn)行過濾 清洗至中性，之后在300W下超聲2小時(shí)，最后在15000轉(zhuǎn)/分下離心2小時(shí)，保留上層液體， 得到濃度為〇. lmg/ml的超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
[0027] 2、如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用上述氧化石墨烯涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯 涂層的方法如下：采用旋涂法，在300轉(zhuǎn)/分和3500轉(zhuǎn)/分下，分別處理20秒，將上述氧化 石墨烯涂料涂覆在普通玻璃載體的正面上，之后在95°C溫度下烘干6小時(shí)，即得到涂覆有 厚度為30nm的氧化石墨烯涂層的玻璃載體正面。
[0028] 對于玻璃載體反面的涂覆，重復(fù)上述方法即可。最終得到單面或雙面涂覆超親水 防霧化氧化石墨烯涂層的玻璃載體。
[0029] 實(shí)施例二：
[0030] 1、本實(shí)施例一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，如圖1所示，其步驟 如下：
[0031] (1)以粒徑為400目的石墨微粉為原料，采用Staudenmaier法制備得到氧化石墨 分散液；
[0032] (2)取200ml上述氧化石墨分散液，首先加入100ml去離子水稀釋，然后進(jìn)行過濾 清洗至中性，之后在600W下超聲1小時(shí)，最后在10000轉(zhuǎn)/分下離心3小時(shí)，保留上層液體， 得到濃度為〇. 2mg/ml的超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
[0033] 2、如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用上述氧化石墨烯涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯 涂層的方法如下：采用旋涂法，在350轉(zhuǎn)/分和4000轉(zhuǎn)/分下，分別處理30秒，將上述氧化 石墨烯涂料涂覆在普通玻璃載體的正面上，之后在85°C溫度下烘干8小時(shí)，即得到涂覆有 厚度為20nm的氧化石墨烯涂層的玻璃載體正面。
[0034] 對于玻璃載體反面的涂覆，重復(fù)上述方法即可。最終得到單面或雙面涂覆超親水 防霧化氧化石墨烯涂層的玻璃載體。
[0035] 實(shí)施例三：
[0036] 1、本實(shí)施例一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，如圖1所示，其步驟 如下：
[0037] (1)以粒徑為400目的石墨微粉為原料，采用Brodie法制備得到氧化石墨分散 液；
[0038] (2)取50ml上述氧化石墨分散液，首先加入100ml去離子水稀釋，然后進(jìn)行過濾清 洗至中性，之后在300W下超聲2小時(shí)，最后在15000轉(zhuǎn)/分下離心2小時(shí)，保留上層液體， 得到濃度為〇. lmg/ml的超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
[0039] 2、如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用上述氧化石墨烯涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯 涂層的方法如下：采用旋涂法，在250轉(zhuǎn)/分和3000轉(zhuǎn)/分下，分別處理20秒，將上述氧化 石墨烯涂料涂覆在普通玻璃載體的正面上，之后在50°C溫度下烘干12小時(shí)，即得到涂覆有 厚度為30nm的氧化石墨烯涂層的玻璃載體正面。
[0040] 對于玻璃載體反面的涂覆，重復(fù)上述方法即可。最終得到單面或雙面涂覆超親水 防霧化氧化石墨烯涂層的玻璃載體。
[0041] 本發(fā)明實(shí)施例所得涂層其水接觸角的測試方法如下：
[0042] 采用自動接觸角儀，測試涂層樣品表面水接觸角值。圖3所示為實(shí)施例一涂層的 水接觸角測試圖。本發(fā)明各實(shí)施例涂層測試得到的結(jié)果見表1。
[0043] 本發(fā)明實(shí)施例所得涂層其表面壓痕硬度的測試方法如下：
[0044] 采用原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)，測試涂層表面壓痕硬度值。測試結(jié)果見表1。
[0045] 表1本發(fā)明實(shí)施例性能測試結(jié)果
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 以粒徑小于300目的石墨微粉為原料，采用濕化學(xué)氧化法制備得到氧化石墨烯分 散液； (2) 將所述氧化石墨烯分散液用去離子水稀釋并過濾清洗，然后進(jìn)行超聲粉碎和離心 分離，即得到超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，其特征在于：所 述氧化石墨烯涂料的濃度為〇. 1?〇. 2mg/ml。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，其特征在于： 所述步驟（2)中氧化石墨烯分散液首先用去離子水稀釋，然后進(jìn)行過濾清洗至中性，之后 在300?600W下超聲1?2小時(shí)，最后在10000?15000轉(zhuǎn)/分下離心2?3小時(shí)，保留 上層液體即為超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂料的制備方法，其特征在于：所 述濕化學(xué)氧化法為施陶登邁爾法、布羅迪法或哈姆斯法。
5. 利用權(quán)利要求1-4之一所述制備方法制得的超親水防霧化氧化石墨烯涂料。
6. 應(yīng)用權(quán)利要求5所述氧化石墨烯涂料制備超親水防霧化氧化石墨烯涂層的方法，其 特征在于：采用旋涂法，將權(quán)利要求5所述氧化石墨烯涂料涂覆在載體的單面或雙面上，之 后進(jìn)行烘干，即得到氧化石墨烯涂層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂層的制備方法，其特征在于所述 旋涂法的工藝要求為：在250?350轉(zhuǎn)/分和3000?4000轉(zhuǎn)/分下，分別處理20?30秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂層的制備方法，其特征在于：所 述烘干溫度為50?95°C，烘干時(shí)間為6?12小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂層的制備方法，其特征 在于：所述氧化石墨烯涂層的厚度為20?30nm，涂層水接觸角為0?5°，表面壓痕硬度> 4. 5GPa。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超親水防霧化氧化石墨烯涂層的制備方法，其特征在于：所 述氧化石墨烯涂層水接觸角為2. 4?3.9°。
【文檔編號】B05D3/02GK104231684SQ201410494465
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】胡學(xué)兵, 周健兒, 于云, 汪永清, 梁健, 常啟兵, 張小珍 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院