改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液及制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了改性石墨烯‑凹凸棒有机硅复合防腐液及制备方法、应用，所述改性石墨烯‑凹凸棒有机硅复合防腐液由硅氧烷前驱体、硅烷偶联剂、改性石墨烯‑凹凸棒增强剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解‑缩合反应制成，所述改性石墨烯‑凹凸棒增强剂由凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面制成。本发明专利技术有助于解决现有防腐液防腐蚀性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液及制备方法、应用
本专利技术涉及金属表面处理技术，具体涉及改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液及制备方法、应用。
技术介绍
有机硅溶胶-凝胶涂层因具有优异的耐热、力学性能、抗腐蚀性能以及与钢材基体具有优良的结合力近年来备受关注。然而有机硅溶胶-凝胶涂层在钢材合金表面的防腐效果并不令人满意，究其原因可能是有机硅水解形成的硅醇在钢材表面形成凝胶涂层过程中会逸出许多气体或有机物，使凝胶中存在大量微孔，降低了有机硅溶胶-凝胶涂层的耐腐蚀性能。石墨烯是近些年新发现的具有优良物化性能的二维碳纳米复合片层，其大的比表面积、热/化学稳定性和优异的阻隔性能使其成为涂层高性能腐蚀抑制剂的研究热点。然而石墨烯在有机硅溶胶中的分散性非常差，其高的比表面积、强的范德华力以及π-π键作用导致石墨烯极易发生团聚，非但不能对腐蚀介质产生屏蔽作用，还可能因其自身优异的导电性形成加速腐蚀通道，因此加速腐蚀性离子在涂层中的扩散速率，降低涂层的机械性能和防腐性能。为了解决石墨烯用于机硅溶胶-凝胶涂层降低涂层的机械性能和防腐性能的问题，目前是是通过改性石墨烯，现有的石墨烯改性通常为硅氧烷改性，硅氧烷改性后的石墨烯虽然能够在一定程度上改善石墨烯降低涂层防腐性能的缺陷，但是效果仍然不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液，解决现有防腐液防腐蚀性能差的问题。此外，本专利技术还提供上述有机硅复合防腐液的制备方法和应用。本专利技术通过下述技术方案实现：改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液，所述有机硅复合防腐液由硅氧烷前驱体、硅烷偶联剂、改性石墨烯-凹凸棒增强剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解-缩合反应制成，所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂由凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面制成。本专利技术所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂(GNS-ATP)、现有未改性石墨烯(GNS)，以及硅氧烷改性的石墨烯中间体(GNS-SiO2)的电导率分别为：24s/cm、82s/cm和69s/cm。即本专利技术所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂的导电率很低，且在有机硅复合防腐液中所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂能够均匀分散在有机硅溶胶-凝胶中；有机硅溶胶-凝胶中具有复数个针孔缺陷结构，改性石墨烯-凹凸棒增强剂填充在所述有机硅溶胶-凝胶中的针孔缺陷结构的孔道内。由于改性石墨烯-凹凸棒增强剂在有机硅溶胶-凝胶中的分散性好，能够有效解决为改性石墨烯的团聚问题，明显提高了机硅复合防腐液的防腐性能，所以采用本专利技术所述改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液制备的涂层，其防腐效果明显优于现有的有机硅溶胶-凝胶涂层(Sol-gel)、添加未改性的石墨烯(GNS)的有机硅溶胶-凝胶涂层以及硅氧烷改性的石墨烯中间体(GNS-SiO2)的防腐性能。同时，硅氧烷前驱体将有机硅溶胶-凝胶涂层羟基功能化，羟基功能化有机硅溶胶-凝胶涂层和凹凸棒接枝的改性石墨烯二者具有协同增效作用，进而使得表面涂覆有所述复合防腐涂层的钢材材料的防腐性能得到大幅提高。一种改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液的制备方法，包括以下步骤：1)、将氧烷前驱体与石墨烯发生脱水缩合反应，获得硅羟基改性石墨烯；再将凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面，获得改性石墨烯-凹凸棒增强剂；2)、将包含氧烷前驱体、改性石墨烯-凹凸棒增强剂、硅烷偶联剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解-缩合反应，获得改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液。本专利技术所述氧烷前驱体是本领域技术人员所熟知的一类化合物，是指分子中至少有一个Si-OR的有机硅化合物及其混合物，其R为CH3-、CH2＝CH-、CH3CH＝CH-、CH3CH＝CHCH2-中的一种。本专利技术所述氧烷前驱体至少包括巯基三甲基硅烷氧基硅酸酯、巯基丙基三乙氧基硅烷、甲基三甲基氧硅烷、乙烯基三甲氧基、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸四乙酯、甲基三乙基氧硅烷、丙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的一种。所述硅烷偶联剂至少包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、4-羟基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷中的一种。所述催化剂至少包括酸性催化剂和碱性催化剂。所述酸性催化剂包括HCl、HCOOH、CH3COOH、C2H5COOH、H2SO4、HNO3、H3PO4、HF、HClO4和H2SO3中的任意一种或两种以上的组合；所述碱性催化剂包括NH3·H2O、Ca(OH)2、NaHCO3和Na2CO3中的任意一种或两种以上的组合。所述溶剂至少包括离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、乙醚、乙二醇单乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯、单层氧化石墨烯或多层氧化石墨烯。本专利技术所述制备方法通过有机硅前驱体引入的-Si-OH官能团，促进有机硅复合防腐液制备的防腐涂层与金属之间的强结合性能，以及增强涂层的防腐蚀性能；同时本专利技术所述制备方法采用凹凸棒接枝的改性石墨烯，并将其与硅氧烷前驱体通过化学键合作用分散在有机硅溶胶中，最终使表面包覆有凹凸棒的改性石墨烯稳定地分散在有机硅溶胶-凝胶中，具有更好的分散性，阻止了石墨烯的团聚，降低了石墨烯的电导率。同时，表面包覆有凹凸棒的改性石墨烯稳定分散在有机硅溶胶-凝胶中可以有效地对凝胶过程中形成的微孔进行密封，同时因此延长了腐蚀介质的扩散路径，增加了腐蚀扩散的时间，从而进一步提高了涂层的耐腐蚀性能。综上，本专利技术通过采用凹凸棒对硅氧烷改性后的石墨烯进行接枝处理获得改性石墨烯-凹凸棒增强剂，有效降低了石墨烯的电导率，提高石墨烯在机硅溶胶-凝胶中均匀分散性，有效避免石墨烯在机硅溶胶-凝胶中团聚，确保机硅溶胶-凝胶中的针孔缺陷结构的孔道被改性石墨烯-凹凸棒增强剂填充，进而提高防腐性能。进一步地，脱水缩合反应和接枝的温度均为20℃～70℃；所述水解-缩合反应的温度为20～40℃。进一步地，脱水缩合反应的磁力搅拌速率500-1000r/min，接枝的磁力搅拌速率为600-1200r/min。进一步地，在制备改性石墨烯-凹凸棒增强剂过程中凹凸棒与改性石墨烯与质量比为2～4:1。进一步地，在混合反应体系中，硅烷前驱体与溶剂的质量比为2～3:1，硅烷偶联剂与溶剂的质量比为0.1～0.3:1，改性石墨烯-凹凸棒增强剂在溶剂中的含量为0.01～1wt％，所述催化剂与溶剂的质量比为10-6～0.1:1。一种改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液的应用，将所述有机硅复合防腐液用于制备防腐涂层。进一步地，防腐涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液，其特征在于，所述有机硅复合防腐液由硅氧烷前驱体、硅烷偶联剂、改性石墨烯-凹凸棒增强剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解-缩合反应制成，所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂由凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面制成。/n

【技术特征摘要】
1.改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液，其特征在于，所述有机硅复合防腐液由硅氧烷前驱体、硅烷偶联剂、改性石墨烯-凹凸棒增强剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解-缩合反应制成，所述改性石墨烯-凹凸棒增强剂由凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面制成。


2.一种如权利要求1所述的改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将氧烷前驱体与石墨烯发生脱水缩合反应，获得硅羟基改性石墨烯；再将凹凸棒枝接到硅羟基改性石墨烯表面，获得改性石墨烯-凹凸棒增强剂；
2)、将包含氧烷前驱体、改性石墨烯-凹凸棒增强剂、硅烷偶联剂、催化剂及溶剂的混合反应体系发生水解-缩合反应，获得改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液。


3.根据权利要求2所述的改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液的制备方法，其特征在于，脱水缩合反应和接枝的温度均为20℃～70℃；所述水解-缩合反应的温度为20～40℃。


4.根据权利要求2所述的改性石墨烯-凹凸棒有机硅复合防腐液的制备方法，其特征在于，脱水缩合反应的磁力搅拌速率500-1000r/min，接枝的磁力搅拌速率为600-1200r/min。


5.根据权利要求2所述的改...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊小强，王建城，田澍，蒲吉斌，卢光明，刘志雄，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51