一种石墨烯基皮膜剂制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯基皮膜剂，其组成为：纳米石墨烯0.1‑1份，石墨烯分散剂1‑3份，含氟酸2‑10份，含氟酸盐2‑10份，硅烷偶联剂1‑2份，络合剂2‑5份，表面润湿剂0‑2份，水70‑95份。本发明专利技术具有成膜时间短、成膜性好、环保的优点，本发明专利技术在金属表面形成无机膜具有优异的润滑性、防腐蚀性，膜层薄，形成的无机纳米膜具有优良的导电性能、润滑性能及抗腐蚀性能，具有更高的耐腐蚀性与盐雾时间，从而更好地提高金属基材的耐腐蚀性能，且成膜后不影响原金属表面阻抗，更有利于金属的精加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面处理
，具体涉及一种石墨烯基皮膜剂。
技术介绍
石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，是人们迄今发现的唯一一种由单层原子构成的材料，石墨烯具有显著优异的导电性和导热性，并且，石墨烯是一种半金属材料，其中电子的费米能级态密度是0，当金属或者其他材料被掺杂少量的石墨烯，其性能会大大提高。钢铁件、锌材和铝材在进行涂装前通常需要进行前处理，包括除油、除锈等工艺，化学前处理方法通常还要在金属的表面形成一层化学转化膜，该转化膜既有一定的防腐能力，可以避免零件在喷涂前短暂的时间内返锈，也可以增加零件表面的粗糙度，增强涂料与基底的结合力。目前大部分采用的是磷化工艺，其加入的磷化剂可以在金属表面形成一层磷化膜。磷化工艺存在槽液不稳定、成本高、耗能大、易出现沉渣，原料不环保、易造成环境污染等问题。为了顺应环保的新要求，新型无磷转化膜正在悄然取代传统的磷化膜。新型转化膜的皮膜剂主要有锆系、锆钛系、硅烷系、锆硅烷系等几个体系，可部分替代磷化液。该新型转化膜形成的纳米涂层与磷化膜相比，不会出现粉层、膜附着力加强、耐腐蚀性能优良。然而，虽然新型皮膜剂基本能满足工业化的应用要求，但由于形成的涂层为无机纳米材料，与金属表面的结合力较弱，具有表面成膜性能不足的缺陷。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术目公开了一种石墨烯基皮膜剂，其具有优良的成膜性、能够增强涂层与金属之间的结合力。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种石墨烯基皮膜剂，按照重量份数，所述石墨烯基皮膜剂的组成为：纳米石墨烯0.1-1份石墨烯分散剂1-3份含氟酸2-10份含氟酸盐2-10份硅烷偶联剂1-2份络合剂2-5份表面润湿剂0-2份水70-95份。其中，所述纳米石墨烯是单层氧化石墨烯、少层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯中的一种或多种。其中，所述石墨烯分散剂是无机分散剂和/或有机分散剂。所述无机分散剂是硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种。所述有机分散剂是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷桐、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。优选的，所述石墨烯分散剂是硅酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的一种或多种。其中，所述含氟酸是氟钛酸、氟硅酸、氟锆酸、氟磷酸中的一种或多种。其中，所述含氟酸盐是氟钛酸铵、氟钛酸钠、氟钛酸钾、氟硅酸铵、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟锆酸铵、氟锆酸钠、氟锆酸钾、氟锆酸镁、六氟磷酸铵、六氟磷酸钾、六氟磷酸钠中的一种或多种。其中，所述硅烷偶联剂是含有两种反应性-无机和有机反应性的硅基化学分子，如用通式YSiX3表示硅烷偶联剂，Y为非水解基团，包括活性氨基或选自胺丙基、环氧基、乙烯基、琉基、2-甲基丙烯酰基中至少一种；X为可水解基团，包括脂肪基、芳香基或烷氧基的一种或几种。优选的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。其中，所述络合剂是酒石酸、酒石酸钾、酒石酸钠、酒石酸钾钠、柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、丁二酸、甘氨酸、羟基乙酸、醋酸的一种或多种。其中，所述表面润湿剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠中的一种或多种。本专利技术还提供一种石墨烯基皮膜剂的制备方法，制备方法如下：(1)按质量份数分别配制A料和B料：在所需2/3的水量中加入含氟酸、含氟酸盐、硅烷偶联剂、络合剂、表面润湿剂，搅拌溶解至均一体系，作为A料；在所需1/3的水量中加入石墨烯、石墨烯分散剂搅拌至均一体系，作为B料；(2)将A料与B料混合，搅拌均匀分散，得到石墨烯基皮膜剂。本专利技术的作用机理：通过改性硅烷膜与金属基体发生螯合作用，在金属基材表面形成一层网状的膜层，后通过添加纳米石墨烯和含氟酸盐，对网状膜层孔隙进行填充，增加膜层的抗腐蚀性能及膜层的润滑性能。金属基材表面处理工艺流程及工艺参数为：金属基材一表面预处理(喷砂/酸洗)一水洗一皮膜剂处理(本专利技术)一晾干一进入后续处理，常温处理，处理时间2-5分钟。本专利技术具有以下有益效果：1.在常温下直接与钢铁件、锌材和铝材相接触，即可生产出高耐蚀、耐酸、耐碱、达到硬度要求的金属板。2.稳定性强，可获得综合性能极佳的涂层。3.配方中纳米石墨烯的添加，极大地提高了膜层的硬度和润滑性。4.盐雾时间更高，石墨烯辅助含氟酸盐在金属表面形成一层网状致密的防护膜，极大提高了盐雾时间。5.操作简单多样，本专利技术对钢铁、铝材和锌材金属基材，可采用喷涂、刮涂或辊涂方式，并在80℃-100℃烘干。6.金属表面无变色，可以得到本色的钝化膜。7.膜层薄，均匀分散的石墨烯纳米粒子对金属基材的阻抗几乎无影响，不影响其后续使用。本专利技术还具有如下优点：本专利技术不含六价铬、三价铬等有毒有害物质，符合欧盟禁止使用六价铬的ROHS环保法令。本专利技术成膜时间短、成膜性好，同时，本专利技术充分发挥纳米石墨烯优良的导电、导热、防腐、润滑性能，并结合含氟酸盐形成致密的复合无机纳米粒子层，从而在钢铁、铝材、锌材金属表面形成含石墨烯的无机纳米膜，膜层薄，形成的无机纳米膜具有优良的导电性能、润滑性能及抗腐蚀性能，具有更高的耐腐蚀性与盐雾时间，从而更好地提高金属基材的耐腐蚀性能，且成膜后不影响原金属表面阻抗，更有利于金属的精加工。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本专利技术所限定的范围。实施例1按质量份数分别配制A料和B料。1)A料：2)B料单层氧化石墨烯 0.1份聚乙烯醇 1份水 30份3)将A料与B料混合均匀制成本专利技术的石墨烯基皮膜剂。将此石墨烯基皮膜剂用水稀释20倍待用。先用酸性或中性的清洗液清洗铝合金表面，清除铝合金表面的油污和粉尘；再用水清洗铝合金表面残留的其他杂质；将铝合金直接浸泡于该石墨烯基皮膜剂稀释液中，温度为室温，时间约2min，在80-120℃条件下烘干，亦可常温干燥。实施例2按质量份数分别配制A料和B料。1)A料：2)B料少层氧化石墨烯 0.3份聚丙烯酸钠 2份水 30份3)将A料与B料混合均匀制成本专利技术的石墨烯基皮膜剂。将此石墨烯基皮膜剂用水稀释15倍待用。先用酸性或中性的清洗液清洗钢铁件表面，清除钢铁件表面的油污和粉尘；再用水清洗钢铁件表面残留的其他杂质；将钢铁件直接浸泡于该石墨烯基皮膜剂稀释液中，温度为室温，时间约2min，在80-120℃条件下烘干，亦可常温干燥。实施例3按质量份数分别配制A料和B料。1)A料：2)B料少层氧化石墨烯 0.3份聚丙烯酰胺 2份水 20份3)将A料与B料混合均匀本专利技术的石墨烯基皮膜剂。将此石墨烯基皮膜剂用水稀释20倍待用。先用酸性或中性的清洗液清洗铝合金表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯基皮膜剂，其特征在于：按照质量份数，所述石墨烯基皮膜剂的组成为：纳米石墨烯0.1‑1份石墨烯分散剂1‑3份含氟酸2‑10份含氟酸盐2‑10份硅烷偶联剂1‑2份络合剂2‑5份表面润湿剂0‑2份水70‑95份。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基皮膜剂，其特征在于：按照质量份数，所述石墨烯基皮膜剂的组成为：纳米石墨烯0.1-1份石墨烯分散剂1-3份含氟酸2-10份含氟酸盐2-10份硅烷偶联剂1-2份络合剂2-5份表面润湿剂0-2份水70-95份。2.根据权利要求1所述的石墨烯基皮膜剂，其特征在，所述纳米石墨烯为单层氧化石墨烯、少层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯。3.根据权利要求1所述的石墨烯基皮膜剂，其特征在于，所述石墨烯分散剂为无机分散剂和/或有机分散剂。4.根据权利要求3所述的石墨烯基皮膜剂，其特征在于，所述无机分散剂是硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种；所述有机分散剂是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷桐、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的石墨烯基皮膜剂，其特征在于，所述的含氟酸是氟钛酸、氟硅酸、氟锆酸、氟磷酸中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的石墨烯基皮膜剂，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：景欣欣，窦和琴，王婷婷，陈珍珍，杜威劲，
申请(专利权)人：苏州禾川化学技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32