一种石墨烯防腐涂料及其制备方法技术

一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：包含氟碳树脂颗粒和过量的乳化剂SE‑10N、水、过硫酸铵、PVA、平均径向尺寸高于5um的氧化石墨烯微片。还提供一种石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：石墨烯微片的制备步骤、氟碳乳液的制备步骤、石墨烯改性涂料的制备步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯防腐涂料及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯防腐涂料领域，具体为一种石墨烯防腐涂料及其制备方法。
技术介绍
涂料技术已经经过的百余年发展，从最早的以有机溶剂为主的涂料，到现在以节能环保涂料为主，有机溶剂在早期涂料制备中发挥了巨大作用，但是由于污染环境，废料有毒，排放不达标，有机涂料已经式微，现在兴起的是以水性为主的无机涂料，通过添加颗粒状或片层材料的填料，无需具有腐蚀性或者污染性，就能够对材料表面其防腐防护作用，这是先进的发展趋势。氟碳材料是典型的水基涂料主要原料，具有上述优点，但氟碳材料也有其优点和缺点。氟碳树脂材料对于腐蚀性物质有极高的耐受性，但是在外墙应用中，对于施工条件和配套材料的要求都较高，如果不能满足，则直接影响材料的均匀性和提高程度。强附着性，氟碳颗粒对于一些硬质表面，尤其是金属表面，因为强附着性的演出，可以体现出高装饰性和高光泽。还有由于涂料中大量的C-F键存在，使得材料的化学稳定性极强。氟碳材料的缺点也很明显，一是氟碳材料是颗粒分散的水性涂料，如何保证刷涂时的颗粒分散的均匀性，是很大的问题；二是纯氟碳材料构成的涂层粘弹性不足，虽然化学稳定，但是热胀冷缩后容易开裂；三是作为水性涂料，很容易硬化，失去光泽，外观不好。现有技术中，《石墨烯改性氟碳树脂的应用研究》中提出了在氟碳树脂中添加石墨烯，但是添加的方式非常笼统，加入的量也偏低，仅有1％。但是现有技术中对于如何加入，以何种方式加入石墨烯，能够真正地提高性能，有待进一步研究分析。目前石墨烯的应用比例偏低，且没有选择/选用，导致石墨烯对于结构的促进作用没有被体现出来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯/氟碳防腐涂料，以解决现有的技术的氟碳加入石墨烯指向性不强，性能不足的问题。本专利技术通过方法的大幅改进，经试验，实际地进一步提高防腐性能，而且材料性能的均一性也有了很大提高。涂料的坚韧度等都有大的提升。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：包含氟碳树脂颗粒和过量的乳化剂SE-10N、水、过硫酸铵、PVA、平均径向尺寸高于5um的氧化石墨烯微片；其中氟碳树脂和氧化石墨烯微片的重量之比约在2.2-5.4:1的重量比例之间。进一步地，该石墨烯防腐涂料的固含量在40-65％之间；该石墨烯防腐涂料的pH值在7.5-8之间；该石墨烯防腐涂料用普通涂料刷涂刷的单层膜厚在20-60um之间。一种石墨烯防腐涂料的制备方法，其制得如前所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于，包括以下步骤：1)石墨烯微片的制备步骤：以预制的大量膨胀石墨片层为原料，在无水乙醇中经1-2h以上的超声剥离生成石墨烯微片分散液；经过低频超声，取出上层分散液，未剥离的石墨留在容器中；扬弃过程：将上层分散液的溶剂无水乙醇补充至200-300ml以上，高强度超声震荡3-5min，静置5-10s，马上弃去上层一半的分散液，再补充无水乙醇至200-300ml以上的容积；重复以上扬弃过程至少10-20次，直至用AFM或SEM确认石墨烯微片的平均径向尺寸高于5um；旋蒸掉绝大部分溶剂，在间断性地使用微弱的氮气吹扫下，常温干燥，得到大径向尺寸的氧化石墨烯微片。2)氟碳乳液的制备步骤：将10-15重量份的含氟液态单体TFEMA、0.8-1.2重量份的乳化剂SE-10N、48-54重量份的双蒸水，按一定比例混合在大广口容器中，加入聚四氟乙烯磁性转子，在常温下高速搅拌30-90min，得到预乳化液；取大反应釜洗净晾干，加入预乳化液，缓慢加入0.8-1.2重量份的过硫酸铵作为引发剂的研细粉末，再添加18-22重量份的双蒸水，使反应釜内混合物在搅拌和加热条件下反应，保持搅拌速度3-10转/s，且保持反应温度在65-75℃之间，反应4-6h，得到预制氟碳乳液。3)石墨烯改性涂料的制备步骤：保持前述预制氟碳乳液搅拌速度3-10转/s，且保持反应温度在65-75℃之间，取0.05-0.1重量份的经过多次冻干粉碎至平均粒径在60um以下的PVA超细粉，用微孔筛桶缓慢地全部筛入；用重量比3-5:1的双蒸水和无水乙醇配成分散液，将3-5重量份的氧化石墨烯微片用筛桶极缓慢地筛入在35-45℃加热搅拌的10-12重量份的分散液中，分散液搅拌速度3-10转/s，得筛入分散液；在保持搅拌速度3-10转/s的前提下，用滴管将筛入分散液缓慢滴加至大反应釜中的保持搅拌速度3-10转/s的乳液中；降温至25-30℃之间持续以3-10转/s速度搅拌，用极稀的NaOH和极稀的丙烯酸调节乳液pH值至7.5-8之间，搅拌自然挥发溶剂物质至固含量在40-65％之间，得到石墨烯改性防腐涂料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)更加均匀。在现有技术中，由于没有加入PVA粉末的绝缘孤岛以改善体系分散性，也没有选择特定的大尺寸的石墨烯微片，仅仅是加入石墨烯这么简单，由于石墨烯粒径的多样化，在加入石墨烯1％的基础上，所得涂料的均匀性没有实际保障，一旦现有技术中添加石墨烯则涂料的混合分散的妆态难以维持。没有选择尺寸的石墨烯本身粒径分布范围广，能在什么程度上提高涂料的均匀性，没有保证。我们经过复制现有技术方法也发现，不同涂料区域的粗糙度有很大区别。2)防腐性能提升了。我们用现有技术的涂料与本申请的涂料进行对比，单刷薄层涂料，800h时现有技术氟碳/石墨烯涂料出现了孔洞，但是本申请还没有出现。选定了特定的石墨烯，由于添加了大量的大径向尺寸的石墨烯，腐蚀性物质想要穿过/渗透涂料层变得非常困难；石墨烯微片由于大量地是在喷涂中更多地平行平面存在，加强了防腐特性等性能，这一作用有文献称之为迷宫效应，这里由于采用选用的石墨烯微片，迷宫效应得到了进一步加强。3)随着石墨烯浓度的提高，涂料的附着力有提升。我们将本申请的涂层和现有技术进行对比，用刮刀进行试验，明显本申请的附着力更强些，更难被刮除。4)PVA细粉的使用是添加大量石墨烯，明显高于现有技术的1％，而且能够均匀分散的关键，因为添加石墨烯是可以的，但是如何保证石墨烯和氟碳颗粒的均匀分散和附着，是很大问题，由于静电等原因，氟碳颗粒很容易团聚，石墨烯微片也很容易沾到一起，这里在之前加入PVA细粉，类似起到绝缘性的孤岛作用，可以极大地增强分散度，使得大量石墨烯的引入成为可能。这一点现有技术并没有启示。该技术有望在提供性能更好的且更加平均的涂料，将性能推到新的高度。附图说明图1为本专利技术涂料的制备方法的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：包含氟碳树脂颗粒和过量的乳化剂SE-10N、水、过硫酸铵、PVA、平均径向尺寸高于5um的氧化石墨烯微片；其中氟碳树脂和氧化石墨烯微片的重量之比约在2.2-5.4:1的重量比例之间。该石墨烯防腐涂料的固含量在40-65％之间；该石墨烯防腐涂料的pH值在7.5-8之间；该石墨烯防腐涂料用普通涂料刷涂刷的单层膜厚在20-60um之间。实施例2一种石墨烯防腐涂料的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：包含氟碳树脂颗粒和过量的乳化剂SE‑10N、水、过硫酸铵、PVA、平均径向尺寸高于5um的氧化石墨烯微片；其中氟碳树脂和氧化石墨烯微片的重量之比约在2.2‑5.4:1的重量比例之间。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：包含氟碳树脂颗粒和过量的乳化剂SE-10N、水、过硫酸铵、PVA、平均径向尺寸高于5um的氧化石墨烯微片；其中氟碳树脂和氧化石墨烯微片的重量之比约在2.2-5.4:1的重量比例之间。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：该石墨烯防腐涂料的固含量在40-65％之间；该石墨烯防腐涂料的pH值在7.5-8之间；该石墨烯防腐涂料用普通涂料刷涂刷的单层膜厚在20-60um之间。3.一种石墨烯防腐涂料的制备方法，其制得如权利要求2所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于，包括以下步骤：1)石墨烯微片的制备步骤：以预制的大量膨胀石墨片层为原料，在无水乙醇中经1-2h以上的超声剥离生成石墨烯微片分散液；经过低频超声，取出上层分散液，未剥离的石墨留在容器中；扬弃过程：将上层分散液的溶剂无水乙醇补充至200-300ml以上，高强度超声震荡3-5min，静置5-10s，马上弃去上层一半的分散液，再补充无水乙醇至200-300ml以上的容积；重复以上扬弃过程至少10-20次，直至用AFM或SEM确认石墨烯微片的平均径向尺寸高于5um；旋蒸掉绝大部分溶剂，在间断性地使用微弱的氮气吹扫下，常温干燥，得到大径向尺寸的氧化石墨烯微片；2)氟碳乳液的制备步骤：将10-15重量份的含氟液态单体TFEMA、0.8-1.2重量份的乳化剂SE-10N、48-54重量份的双蒸水，按一定比例混合在大广口容器中，加入聚四氟乙烯磁性转子，在常温下高速搅拌30-90min，得到预乳化液；取大反应釜洗净晾干，加入预乳化液，缓慢加入0.8-1.2重量份的过硫酸铵作为引发剂的研细粉末，再添加18-22重量份的双蒸水，使反应釜内混合物在搅拌和加热条件下反应，保持搅拌速度3-10转/s，且保持反应温度在65-75℃之间，反应4-6h，得到预制氟碳乳液；3)石墨烯改性涂料的制备步骤：保持前述预制氟碳乳液搅拌速度3-10转/s，且保持反应温度在65-75℃之间，取0.05-0.1重量份的经过多次冻干粉碎至平均粒径在60um以下的PVA超细粉，用微孔筛桶缓慢地全部筛入；用重量比3-5:1的双蒸水和无水乙醇配成分散液，将3-5重量份的氧化石墨烯微片用筛桶极缓慢地筛入在35-45℃加热搅拌的10-12重量份的分散液中，分散液搅拌速度3-10转/s，得筛入分散液；在保持搅拌速度3-10转/s的前提下，用滴管将筛入分散液缓慢滴加至大反应釜中的保持搅拌速度3-10转/s的乳液中；降温至25-30℃之间持续以3-10转/s速度搅拌，用极稀的NaOH和极稀的丙烯酸调节乳液pH值至7.5-8之间，搅拌自然挥发溶剂物质至固含量在40-65％之间，得到石墨烯改性防腐涂料。4.如权利要求3所述的一种石墨烯防腐涂料的制备方法，其制得如权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于：所述步骤(1)中，在无水乙醇中经1.5h以上的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，付吉国，董伟，赵然，周卫东，曾蕾，
申请(专利权)人：国宏中晶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11