一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料及其制备方法。基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料包括：水性树脂乳液20‑60份、改性石墨烯10‑30份和改性碳纳米管5‑25份；改性石墨烯或改性碳纳米管的制备方法包括：将石墨烯或碳纳米管与硫酸和硝酸的混合溶液混合，分散后用水稀释，过滤得固体物；将固体物与水混合得混合物，加入表面活性剂，分散后过滤得不溶物，将不溶物与水混合，分散即可。制备方法：将水性树脂乳液、改性石墨烯和改性碳纳米管混合，然后研磨即可。本申请提供的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，能够形成致密的复合结构，极大的提高了涂层的附着力和机械强度，进而提高涂料的耐腐蚀寿命。

A Waterborne Anticorrosive Coating Based on Carbon Nanocomposites and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料及其制备方法
本专利技术涉及防腐涂料领域，具体而言，涉及一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯复合防腐涂料能够兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速导电性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、成膜性，可协同提高涂料的综合性能。然而随着人们环保意识的不断提高，原有的溶剂型防腐涂料的发展受到越来越多的限制。世界各国对防腐涂料也提出越来越多的要求，防腐涂料正向高性能、多功能、绿色环保的方向发展，特别是发展水性涂料已成为防腐蚀涂料的重要发展方向。由于原始制备的石墨烯和碳纳米管具有憎水性，容易团聚，在水性涂料制备过程中难以均匀分散，其浓度也不好精确控制，难以实现层层重叠的保护效果。同时，由于各种功能材料的加入，不易形成与基底粘结牢固的涂层；涂层本身的致密性和完整性也受到影响。还由于石墨烯优良的导电性，一旦薄膜有轻微的缺陷便会加剧金属腐蚀，只能提供短时间的抗氧化腐蚀效能。现有技术一般通过使用更少量的原材料石墨烯，或者多种树脂结合覆盖基材等方法提高涂料的附着性能和结合力，进而提高其耐久性，这些方法有一定局限性，并未从根本上解决上述问题。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，石墨烯在涂料内部分散均匀，能与体系中各种材料充分润湿，同时与碳纳米管结合，形成致密的复合网状结构，极大的提高了体系的附着力和机械强度，进而提高涂料的耐腐蚀寿命。本专利技术的第二目的在于提供一种所述基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料的制备方法，操作简单，成本低，无污染。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，以重量份数计，包括：水性树脂乳液20-60份、改性石墨烯10-30份和改性碳纳米管5-25份；所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管的制备方法包括：将石墨烯或碳纳米管置入硫酸和硝酸的混合溶液混合，第一次分散后用水稀释、过滤得到的固体物；将所述固体物与水混合得到混合物，然后加入表面活性剂，第二次分散后过滤得到不溶物，将所述不溶物与水混合，第三次分散即可得到相应的所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管。水性树脂乳液作为基础的成膜成分存在，可以是水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液、水性醇酸乳液、水性氟碳树脂乳液、水性丙烯酸树脂乳液等等。石墨烯具备二维片层结构、疏水性能优良、小尺寸效应等特殊的结构特性以及优良的导电性能；片层结构，可以很好地形成物理隔绝层；疏水性好，加入到涂料可以阻止水分子和金属基体的接触，达到防腐的效果；尺寸小，可以填充防腐涂料的空隙；好的导电性能，可以将金属失去的电子传到涂层的表面，从而避免金属的沉淀，使其电化学的腐蚀速度降低。改性石墨烯的原料可以采用化学气相沉积方法制备或者电化学超声剥离的方法等常规方法获得。在体系中加入了碳纳米管，是为了提高防腐涂料获得的涂层的致密性和完整性，形成一种复合增强涂层。碳纳米管与石墨烯搭配，在涂层中互相交错，形成三维立体的网状结构，涂层的内部结合得到大幅增强。改性碳纳米管的原料可以采用化学气相沉积方法制备或者电弧放电等物理方法制备得到。石墨烯和碳纳米管的复合使用，使得石墨烯的导电性能得到增强，便于电子在涂层中的传递，进而阻止金属基材表面电化学腐蚀的发生，此外该涂料获得的涂层还能够防止静电堆积。对石墨烯和碳纳米管原料使用硫酸和硝酸混合溶液处理，是为了使得石墨烯和碳纳米管的表面发生氧化作用产生羧基和氢键，增强其亲水性能，提高与水性树脂乳液的亲和力；继续使用表面活性剂进行处理的目的是为了在石墨烯或碳纳米管的表面包覆表面活性剂，从而形成表面隔膜，将彼此临近的石墨烯颗粒或碳纳米管隔开，在空间位阻和静电排斥作用下，避免石墨烯与石墨烯之间、碳纳米管与碳纳米管之间以及石墨烯与碳纳米管之间发生团聚。在可选的实施方式中，水性树脂乳液可以是20份、30份、40份、50份、60份以及20-60份之间的任意值，改性石墨烯可以取10份、15份、20份、25份、30份以及10-30份之间的任意值，改性碳纳米管可以是5份、10份、15份、20份、25份以及5-25份之间的任意值。优选地，所述的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，以重量份数计，还包括：锌粉和/或铝粉5-25份。锌粉和铝粉作为牺牲阳极存在，可以延长涂料的防腐寿命。在可选的实施方式中，锌粉和/或铝粉的用量可以取5份、10份、15份、20份、25份以及5-25份之间的任意值。更加优选地，所述锌粉和所述铝粉的粒径为5-30μm，鳞片厚度为0.1-0.5μm。使用具有鳞片的锌粉和铝粉，还能形成多层次覆盖结构，防止外来物质侵入基材，从而提供更好的保护。优选地，所述的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，以重量份数计，还包括：稀释剂5-25份、偶联剂0.1-5份、分散剂0.1-5份、消泡剂0.1-5份、流平剂0.1-5份、填料3-10份、防闪锈剂0.1-5份和颜料3-15份。在可选的实施例中，稀释剂的用量可以是5份、10份、15份、20份、25份以及5-25份之间的任意值，偶联剂的用量可以是0.1份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份以及0.1-5份之间的任意值，分散剂的用量可以是0.1份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份以及0.1-5份之间的任意值，消泡剂的用量可以是0.1份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份以及0.1-5份之间的任意值，流平剂的用量可以是0.1份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份以及0.1-5份之间的任意值，填料的用量可以是3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份以及3-10份之间的任意值，防闪锈剂的用量可以是0.1份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份以及0.1-5份之间的任意值，颜料的用量可以是3份、4份、5份、6份、8份、10份、12份、14份、15份以及3-15份之间的任意值。对稀释剂、偶联剂、分散剂、消泡剂、流平剂、防闪锈剂和填料的使用，可以提升涂料本身的均匀性以及涂料的粘稠度，使得获得的涂层更加均匀、不易产生气泡和局部缺陷，强度更高；而且能够防止表面涂层未干时的锈蚀。稀释剂可以采用例如去离子水或乙二醇二缩水甘油醚等试剂；偶联剂可以采用例如羧化磷酸酯或硅烷偶联剂等试剂；填料可以采用例如滑石粉、重钙或硬脂酸锌等试剂；分散剂可以采用聚羧酸醚、聚乙烯基醇或氟硅化合物等试剂，消泡剂可以采用有机聚醚酯、矿物油或多元醇等试剂，流平剂可以采用有机硅流平剂或氟碳化合物等试剂，防闪锈剂可以采用钼酸钠、有机高分子胺或炔二醇等试剂。以上对于稀释剂、偶联剂、分散剂、消泡剂、流平剂、填料、防闪锈剂和颜料所采用的试剂，仅起到举例说明的作用，不能理解为对本申请的限定。优选地，所述石墨烯的片径为1-50μm，层数为1-20层；所述碳纳米管的直径为1-100nm，长度为5-200μm。对石墨烯和碳纳米管的优选，有助于进一步提高使用涂料获得的涂层的均匀性、稳定性、强度和防腐蚀寿命。优选地，所述硫酸和所述硝酸的体积比为1-3:1。硫酸和硝酸优选使用浓硫酸和浓硝酸，比例的控制有利用控制石墨烯和碳纳米管表面的氧化进程和氧化程度，进而控制后续使用表面活性剂进行处理的效果，使得石墨烯和碳纳米管能够更好的与水性树脂乳液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，其特征在于，以重量份数计，包括：水性树脂乳液20‑60份、改性石墨烯10‑30份和改性碳纳米管5‑25份；所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管的制备方法包括：将石墨烯或碳纳米管与硫酸和硝酸的混合溶液混合，第一次分散后用水稀释，过滤得到的固体物；将所述固体物与水混合得到混合物，然后加入表面活性剂，第二次分散后过滤得到不溶物，将所述不溶物与水混合，第三次分散即可得到相应的所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，其特征在于，以重量份数计，包括：水性树脂乳液20-60份、改性石墨烯10-30份和改性碳纳米管5-25份；所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管的制备方法包括：将石墨烯或碳纳米管与硫酸和硝酸的混合溶液混合，第一次分散后用水稀释，过滤得到的固体物；将所述固体物与水混合得到混合物，然后加入表面活性剂，第二次分散后过滤得到不溶物，将所述不溶物与水混合，第三次分散即可得到相应的所述改性石墨烯或所述改性碳纳米管。2.根据权利要求1所述的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，其特征在于，以重量份数计，还包括：锌粉和/或铝粉5-25份。3.根据权利要求2所述的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，其特征在于，所述锌粉和所述铝粉的粒径为5-30μm，鳞片厚度为0.1-0.5μm。4.根据权利要求1所述的基于碳纳米复合材料的水性防腐涂料，其特征在于，以重量份数计，还包括：稀释剂5-25份、偶联剂0.1-5份、分散剂0.1-5份、消泡剂0.1-5份、流平剂0.1-5份、填料3-10份、防闪锈剂0.1-5份和颜料3-15份。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宏军，欧阳方平，孔德明，谭姝贝，彭文斌，熊翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43