一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了GO‑TA/水性环氧复合涂料，其制备方法包括以下步骤：（1）基料的制备；（2）GO‑TA分散体的制备（3）GO‑TA/水性环氧复合涂层的制备。通过测试分析可以得出，单宁酸与石墨烯以苯环的π‑π共轭相互作用力相结合，在不破坏石墨烯完整结构的同时，能够使石墨烯均匀稳定的分散在水溶液中。将改性后的石墨烯与水性环氧树脂混合，能够大大提高水性环氧涂层的防腐能力，拓宽了石墨烯的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法及应用
本专利技术属于石墨烯复合水性涂料制备方法领域，具体涉及一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法及应用。
技术介绍
近年来，由于环境保护的要求，水性高分子涂料在腐蚀科学领域受到越来越多的关注和广泛应用；然而，水性涂料与有机涂料相比，其耐蚀性较差，限制了其在防腐领域的应用。石墨烯是一种很有前途的二维（2D）纳米碳材料，由于其独特的结构和优异的电子、机械和阻隔性能，引起了人们的广泛兴趣，但是由于石墨烯（GO）疏水性强，在水性环氧树脂中难以分散；而单宁酸（TA）是一种食品级天然交联剂，存在于许多植物中；单宁酸结构中含有大量的苯基和羟基，能够和石墨烯之间形成π-π非共价键，作为插层剂将石墨烯有效的剥离开来，使得石墨烯均匀分散于水溶液中；均匀分散的片层结构石墨能够有效的阻隔了腐蚀介质进入基材。
技术实现思路
本专利技术针对石墨烯和水性涂料的研究提供了一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法，并开拓了改性石墨烯材料在防腐涂层领域的应用。该过程通过简单的超声波处理，将单宁酸（TA）与石墨烯结合，通过单宁酸（TA）与石墨烯之间形成π-π非共价键作用，有效地提高了石墨烯的水分散性，此外制备了GO-TA/水性环氧复合涂料。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是。一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法，包括以下步骤。（1）基料的制备。称取水性环氧树脂、固化剂混合，搅拌至溶液均匀，得到均匀混合的基料。（2）GO-TA分散体的制备。在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸（TA），超声振荡20min。然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到Ta插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后得到GO-TA分散体，制备过程示意图如附图1所示。（3）GO-TA/水性环氧复合涂层的制备。称取基料、GO-TA分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到石墨烯水性环氧复合涂层。进一步地，步骤（1）中环氧树脂、固化剂质量比为4:1。进一步地，步骤（3）中基料占均匀分散体系总重量的99-99.5%。本专利技术提供的一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法，具有以下有益效果。（1）该制备过程简单可行，成本低，适用于工业化生产。（2）本专利技术制备的GO-TA分散体稳定性好，静置30d未见溶液分层。（3）该制备过程中，将GO-TA分散体与水性环氧树脂结合，制备出的涂层耐腐蚀性远优于传统水性涂料。附图说明。图1为GO-TA分散体制备过程示意图。图2为GO-TA分散体溶液静置30天的分散照片。图3为TA、石墨烯和GO-TA杂化化合物的紫外-可见光谱。图4为石墨烯和GO-TA杂化物的透射电镜图（TEM）；其中（a）、（b）为石墨烯形貌图；（c）、（d）为GO-TA杂化物形貌图。图5为纯水性树脂涂层Nyquist谱图。图6为0.5%GO-TA/水性复合涂层的Nyquist谱图。图7为0.7%GO-TA/水性复合涂层的Nyquist谱图。图8为1%GO-TA/水性复合涂层的Nyquist谱图。具体实施方式。实施例1。一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法，包括以下步骤。（1）基料的制备。称取水性环氧树脂、固化剂混合，搅拌至溶液均匀，得到均匀混合的基料。（2）GO-TA分散体的制备。在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸（TA），超声振荡20min。然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到Ta插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后得到GO-TA分散体。（3）石墨烯水性环氧复合涂料的制备称取基料、GO-TA分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到石墨烯水性环氧复合涂层。进一步地，步骤（1）中环氧树脂、固化剂质量比为4:1。进一步地，步骤（3）中基料占均匀分散体系总重量的99-99.5%。实验例2。分别将0.5%、0.7%、1.0%GO-TA分散体和水性环氧树脂混合，超声分散1h，分别制备出0.5%GO-TA/水性环氧涂料、0.7%GO-TA/水性环氧涂料和1%GO-TA/水性环氧涂料，然后分别将其移入喷枪中均匀喷涂在已喷砂和焊接的基体钢片（P110）上，涂层的喷涂在基体钢片喷砂处理完成后的1小时内进行，喷涂完成后，带有涂层的钢片在常温下固化2天，得到试样涂层，以纯水性环氧树脂作为对照。（1）采用静置的方法观察GO-TA分散体溶液的稳定性能。结果见附图2，从图中可以观察到，未经改性的GO材料在水溶液中2-3h就完全沉降，而GO-TA分散体溶液静置30天后未见沉降，分散较均匀，说明GO-TA分散体稳定性较好，单宁酸充分的改善的石墨烯在水溶液中的分散性能。（2）采用紫外-可见光计验证单宁酸（TA）与石墨烯（GO）相互作用机理。结果如图3所示，从图中可以看出，TA在278nm和210nm处显示出两个特征峰，对应于苯单元的π-π跃迁和苯醌对醌类的N-π跃迁，而在GO/TA配合物的情况下，苯环的π-π跃迁峰从278nm移到274nm，这直接表明TA分子与石墨烯基面之间的π-π相互作用。（3）采用JEOLJEM-2100高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）观察石墨烯和GO-TA杂化材料的形貌，结果见附图4，从图4(a、b)中可以看到，纯石墨烯片显示了一种半透明的皱褶表面。在TA处理之后，如图4(c、d)所示，石墨烯表面均匀覆盖了一层单宁酸，并且石墨烯片层结构完整未被破坏，结果表明，TA通过强π-π共轭和范德华力的相互作用包覆石墨烯片。（4）采用CS310电化学工作站对石墨烯水性复合涂层的耐蚀性进行了测量，结果见附图4-8；图中显示了纯水性环氧树脂涂层和0.5%、0.7%、1%GO-TA/水性环氧涂层在3.5%NaCl盐水中浸泡10天及20天后的Nyquist图，从图4中可以看出，涂层浸泡10天后，涂层已破坏，所以无法继续浸泡20天；从阻抗半径图中可以看出，0.5%、0.7%、1%GO-TA/水性环氧涂层阻抗半径远远大于纯水性环氧树脂涂层，说明GO-TA分散体溶液的加入能够提高涂层的防腐蚀性能。此外，在涂层浸泡20天后，0.5%、1%GO-TA/水性环氧涂层均已受到破坏，图中曲线呈现直线趋势，只有0.7%GO-TA/水性环氧涂层测试曲线呈现半圆状，说明涂层仍然具备较好抗腐蚀性能，说明GO-TA分散体溶液在0.7%时为最佳添加量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GO‑TA/水性环氧复合涂料的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）GO‑TA分散体的制备在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸（TA），超声振荡20min，然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到Ta插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500 r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后得到GO‑TA分散体；（2）一种GO‑TA/水性环氧复合涂料的制备称取基料、GO‑TA分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到石墨烯水性环氧复合涂层。

【技术特征摘要】
1.一种GO-TA/水性环氧复合涂料的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）GO-TA分散体的制备在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸（TA），超声振荡20min，然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到Ta插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后得到GO-TA分散体；（2）一种GO-TA/水性...

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，陈春林，伍友清，钟菲，卿大咏，李虹杰，夏云卿，李静，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51