一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法和应用，通过原位化学改性技术，对氧化石墨烯进行化学改性，将改性氧化石墨烯与硅烷化合物、分散介质、非必需共聚单体和促进剂混合，以水解缩合或水解缩合‑自由基聚合方式，原位生成改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；将改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料和非必需涂料助剂共混，在温度为‑30～300℃的条件下固化成膜，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料。其能够增强改性氧化石墨烯与聚硅氧烷的结合力，提升涂层疏水和防腐性能，避免基材腐蚀失效，制备方法工艺流程简单，原料简单易得，实用性强。

A Modified Graphite Oxide/Polysiloxane Composite Coating Material and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及化工领域，具体涉及一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法和应用。
技术介绍
金属腐蚀一直以来都是工业上存在的巨大问题。据统计，因金属腐蚀，全球每年浪费的资源占当年使用率的五分之一，是各种自然灾害造成经济损失总和的数倍。随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对金属材料的需求日益增加，对金属防腐的重视程度也与日俱增。建筑材料、汽车、海洋设施、仪器设备等表面涂层在使用和运输的过程中容易水汽、盐雾的侵蚀，导致金属腐蚀，影响金属材料的使用，甚至导致安全问题。防腐涂层是保护金属免受腐蚀的常用手段。涂层作为金属表层保护材料，能一定程度抵御水汽、盐雾侵蚀，起到防腐作用。传统含铬、钴的防腐涂料因其毒性，目前已经禁止使用。因此寻找新的涂层材料实现防腐需求是目前涂料领域的研究热点。目前引入无机填料和改性树脂是制备防腐涂料最常用的方法。CN108504259A公开了一种防腐涂料，在环氧树脂中加入了石英砂、碳酸钙等无机填料，用硅烷偶联剂改性环氧树脂，制备了防腐性能优异的防腐涂料。CN108948962A公开了一种防腐涂料，以环氧树脂为基体树脂，引入气相二氧化硅制备了粘结性好、成本低、防潮、防水的防腐涂料。CN109161274A公开了一种导电防腐涂料，利用柠檬酸、壳聚糖、导电炭黑、氯化锡及三氯氧磷改性石墨烯，与环氧树脂混合后制备得到导电防腐涂料。CN109021774A公开了一种防腐涂料，利用硅烷偶联剂参与脂肪族环氧树脂共聚，制备得到附着力好、稳定性高的长效防腐涂料。Codolar等利用空心玻璃微珠和锌粉制备了具有防腐性能的富锌底漆，能够有效的保护金属和不锈钢表面免受腐蚀(US20150210863A1)。Nishiguchi等用长链聚烯烃改性环氧树脂制备了超高附着力的防腐涂料，高附着力使得涂层与基体间几乎没有气泡，大大提升了防腐涂料对基材的保护作用(US20160200916A1)。但上述方法均不同程度的存在填料用量大、防腐效果不佳、力学性能差等问题。聚硅氧烷是以Si-O-Si无机网络结构为骨架的聚合物。硅氢键具有高键能、长键长的特点，具有优异的耐候性、耐热性以及防腐蚀性能。石墨烯及其衍生物具有优异的力学性能、电学性能、热传导性能、化学稳定性、吸附能力等，在功能涂层领应用广泛，可以制备防腐蚀、耐刮擦、耐热、导电、超疏水等多种功能的涂层。在聚硅氧烷中加入改性氧化石墨烯，能够在提升涂层防腐性能的同时，解决聚硅氧烷交联密度过大、内应力增加、脆硬易开裂、耐划伤性能差等问题，能够制备得到防腐性能、力学性能俱佳的防腐涂料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法和应用，改性氧化石墨烯通过原位化学反应，直接生长在聚硅氧烷Si-O-Si主链上，增强改性氧化石墨烯与聚硅氧烷的结合力，提升涂层疏水和防腐性能，避免基材腐蚀失效，制备方法工艺流程简单，原料简单易得，实用性强。本专利技术所述的改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料，采用无机纳米前驱体、分散介质、疏水改性剂、非必需疏水性无机纳米前驱体、非必需催化剂、非必需改性助剂，通过原位化学改性技术，对氧化石墨烯进行化学改性，所述无机纳米前驱体与氧化石墨烯间的作用力为范德华力、氢键作用、静电作用、亲疏水平衡作用、离子键、共价键和离子-共价键中的一种或几种，在氧化石墨烯上接枝疏水性纳米粒子，该疏水性纳米粒子包覆在氧化石墨烯表面，形成多级结构的改性氧化石墨烯。改性氧化石墨烯呈褶皱纸片状，疏水性纳米粒子包覆在改性氧化石墨烯片层结构上，起到阻隔水汽作用，使得改性氧化石墨烯具有疏水性能。将改性氧化石墨烯与硅烷化合物、分散介质、非必需共聚单体和促进剂混合，以水解缩合或水解缩合-自由基聚合方式，原位生成改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；通过改性氧化石墨烯表面修饰的活性基团与硅烷化合物的化学键合作用，在分散介质中，将改性氧化石墨烯、硅烷化合物、非必须共聚单体混合，在促进剂作用下，发生水解缩聚反应或水解缩聚-自由基聚合反应原位聚合，改性氧化石墨烯原位生长聚硅氧烷Si-O-Si主链上，能够增强改性氧化石墨烯与聚硅氧烷的结合力，提升涂层机械性能、耐候性及防腐性能。将改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料和非必需涂料助剂共混，在温度为-30～300℃的条件下固化成膜，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料。以涂层材料总质量计，所述改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂占20～100wt％，非必需溶剂占0～80wt％，非必需共混树脂占0～40wt％，非必需固化剂占0～30wt％，非必需颜填料占0～50wt％，非必需助剂占0～10wt％，涂层材料总质量为改性石墨烯/聚硅氧烷复合树脂、非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料、非必需助剂质量之和。一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料的制备方法，其包括如下步骤：S1、改性氧化石墨烯的制备S1.1、将1重量份的氧化石墨烯、0～2重量份非必需改性助剂加入50～1000重量份的分散介质中，分散0.1-48小时；S1.2、将0.1～100重量份无机纳米前驱体、0～100重量份非必需疏水性无机纳米前驱体、0～100重量份非必需催化剂加入50～1000重量份的分散介质中，分散0.1-48小时；S1.3、将S1.2所得产物加入S1.1所得产物中，在温度为5～200℃的条件下反应1～50小时；S1.4、将S1.3所得产物经分离、洗涤，加入0.1～100重量份疏水改性剂，在温度为0～200℃的条件下反应0～50小时；S1.5、将S1.4所得产物经分离、洗涤，得到疏水性无机纳米粒子包覆的呈褶皱纸片状的疏水性纳米粒子改性氧化石墨烯；S2、改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂的制备；S2.1、将1重量份S1得到的改性氧化石墨烯分散于50～1000重量份分散介质中，分散0.1～48小时；S2.2、将10～500重量份硅烷化合物、0.05～20重量份促进剂和0～500重量份非必需共聚单体加入S2.1得到的产物中，在温度为5～100℃的条件下反应1～100小时，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；S3、改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料的制备；S3.1、在温度为1～100℃的条件下，将非必需颜填料、非必需涂料助剂加入非必需溶剂中混合，转速为100～5000rpm的条件下搅拌均匀；S3.2、将S2得到的改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需共混树脂混合，转速为100～1500rpm的条件下搅拌均匀；S3.3、将S3.1所得产物加入到S3.2所得产物中，在转速为100-1500rpm的条件下搅拌均匀；S3.4、将非必需固化剂加入到S3.3所得产物中，在转速为100-1500rpm的条件下搅拌均匀；S3.5、将S3.4所得产物在温度为-30～300℃的条件下固化成膜，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料。进一步，所述分散介质为水、酸水溶液、碱水溶液、盐水溶液、醇类溶剂、醇醚类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、脂类溶剂、芳香烃类溶剂、脂肪烃类溶剂和卤化烃类溶剂中的一种或几种，当分散介质用于制备改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料，其特征在于：采用无机纳米前驱体、分散介质、疏水改性剂、非必需疏水性无机纳米前驱体、非必需催化剂、非必需改性助剂，通过原位化学改性技术，对氧化石墨烯进行化学改性，所述无机纳米前驱体与氧化石墨烯间的作用力为范德华力、氢键作用、静电作用、亲疏水平衡作用、离子键、共价键和离子‑共价键中的一种或几种，在氧化石墨烯上接枝疏水性纳米粒子，该疏水性纳米粒子包覆在氧化石墨烯表面，形成多级结构的改性氧化石墨烯；将改性氧化石墨烯与硅烷化合物、分散介质、非必需共聚单体和促进剂混合，以水解缩合或水解缩合‑自由基聚合方式，原位生成改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；将改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料和非必需涂料助剂共混，在温度为‑30～300℃的条件下固化成膜，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料；以涂层材料总质量计，所述改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂占20～100wt％，非必需溶剂占0～80wt％，非必需共混树脂占0～40wt％，非必需固化剂占0～30wt％，非必需颜填料占0～50wt％，非必需助剂占0～10wt％，涂层材料总质量为改性石墨烯/聚硅氧烷复合树脂、非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料、非必需助剂质量之和。...

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料，其特征在于：采用无机纳米前驱体、分散介质、疏水改性剂、非必需疏水性无机纳米前驱体、非必需催化剂、非必需改性助剂，通过原位化学改性技术，对氧化石墨烯进行化学改性，所述无机纳米前驱体与氧化石墨烯间的作用力为范德华力、氢键作用、静电作用、亲疏水平衡作用、离子键、共价键和离子-共价键中的一种或几种，在氧化石墨烯上接枝疏水性纳米粒子，该疏水性纳米粒子包覆在氧化石墨烯表面，形成多级结构的改性氧化石墨烯；将改性氧化石墨烯与硅烷化合物、分散介质、非必需共聚单体和促进剂混合，以水解缩合或水解缩合-自由基聚合方式，原位生成改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；将改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料和非必需涂料助剂共混，在温度为-30～300℃的条件下固化成膜，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料；以涂层材料总质量计，所述改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂占20～100wt％，非必需溶剂占0～80wt％，非必需共混树脂占0～40wt％，非必需固化剂占0～30wt％，非必需颜填料占0～50wt％，非必需助剂占0～10wt％，涂层材料总质量为改性石墨烯/聚硅氧烷复合树脂、非必需溶剂、非必需共混树脂、非必需固化剂、非必需颜填料、非必需助剂质量之和。2.一种权利要求1所述的改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、改性氧化石墨烯的制备；S1.1、将1重量份的氧化石墨烯、0～2重量份非必需改性助剂加入50～1000重量份的分散介质中，分散0.1-48小时；S1.2、将0.1～100重量份无机纳米前驱体、0～100重量份非必需疏水性无机纳米前驱体、0～100重量份非必需催化剂加入50～1000重量份的分散介质中，分散0.1-48小时；S1.3、将S1.2所得产物加入S1.1所得产物中，在温度为5～200℃的条件下反应1～50小时；S1.4、将S1.3所得产物经分离、洗涤，加入0.1～100重量份疏水改性剂，在温度为0～200℃的条件下反应0～50小时；S1.5、将S1.4所得产物经分离、洗涤，得到疏水性无机纳米粒子包覆的呈褶皱纸片状的疏水性纳米粒子改性氧化石墨烯；S2、改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂的制备；S2.1、将1重量份S1得到的改性氧化石墨烯分散于50～1000重量份分散介质中，分散0.1～48小时；S2.2、将10～500重量份硅烷化合物、0.05～20重量份促进剂和0～500重量份非必需共聚单体加入S2.1得到的产物中，在温度为5～100℃的条件下反应1～100小时，得到改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂；S3、改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料的制备；S3.1、在温度为1～100℃的条件下，将非必需颜填料、非必需涂料助剂加入非必需溶剂中混合，转速为100～5000rpm的条件下搅拌均匀；S3.2、将S2得到的改性氧化石墨烯/聚硅氧烷复合树脂与非必需共混树脂混合，转速为100～1500rpm的条件下搅拌均匀；S3.3、将S3.1所得产物加入到S3.2所得产物中，在转速为100-1500rpm的条件下搅拌均匀；S3.4、将非...

【专利技术属性】
技术研发人员：李滨，游波，王玉，程鹏，秦建波，
申请(专利权)人：重庆市科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50