改性石墨烯浆料的制备方法和环氧防腐底漆及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性石墨烯浆料的制备方法：将氧化石墨烯与次磷酸钠进行还原，得到石墨烯；再将石墨烯加入纳米ZnO悬浮液中进行反应，得到负载ZnO的石墨烯；然后对负载ZnO的石墨烯进行还原、再与溶剂混合，得到改性石墨烯浆料。本发明专利技术还公开了环氧防腐底漆，采用了该改性石墨烯浆料作为原料，并公开了环氧防腐底漆的制备方法。本发明专利技术将负载纳米锌的石墨烯浆料用于环氧防腐底漆中，使得环氧防腐底漆的耐盐雾性能得到大幅度提升，同时，锌粉用量大幅度减少，适用于对防腐性能有较高要求的钢结构构件。

【技术实现步骤摘要】
改性石墨烯浆料的制备方法和环氧防腐底漆及其制备方法
本专利技术属于金属防腐领域，尤其涉及一种改性石墨烯浆料的制备方法，以及采用该石墨烯浆料的环氧防腐底漆及其制备方法。
技术介绍
目前，用于钢结构防腐领域的底漆主要有环氧富锌底漆、灰云母氧化铁底漆、环氧铁红底漆、无机富锌底漆、铁红醇酸底漆、铁红酚醛底漆等。其中，环氧富锌底漆是应用最为广泛的钢结构防腐底漆，具有良好的耐化学性能以及粘接力，机械性能好，硬度高，锌粉的添加起到了阴极保护的作用，可以有效减弱各种材料表面腐蚀的化学反应，对基材起到了非常好的保护作用。但是，传统的环氧富锌底漆也存在诸多问题，如环氧富锌底漆体系内锌粉含量一般都很高，对环境不友好，这主要是因为锌粉用量过量，锌粉经反应形成的锌盐易溶于水，水体中锌含量增大，导致水体污染，对鱼类及其它水生物有很大的毒性，另外，锌也会通过一定的途径进入土壤后以Zn(OH)+、ZnCl+、Zn(NO3)+离子或锌盐的形式存在，导致土壤pH值失衡，引起土壤污染；另一方面，锌粉含量若过高，还会导致环氧富锌的生产成本较高。传统的富锌底漆密度也较大，是普通环氧底漆密度的2倍，无法应用在特殊装备上，并且因其密度大还会导致富锌底漆储存过程中容易出现沉底现象；而且涂了富锌底漆的部件在焊接、切割等热加工时会产生氧化锌烟尘和锌蒸汽，也会对人体产生危害。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成六角型呈蜂巢晶格的平面二维结构材料，其比表面积大、机械性能好、化学稳定性高、热力学稳定，并且它独特的二维片层结构可以在涂层中形成迷宫式物理屏障隔绝腐蚀因子，同时又可以构建导电导热通道。所以目前很多工作都尝试添加石墨烯作为防腐蚀助剂，但目前此技术仍存在一定的不足。如CN201710809953.6公开了一种低成本石墨烯浆改性环氧含锌底漆及其制备方法，该方法虽然减少了锌粉含量，但其盐雾效果提升不明显，且该技术未详细提及石墨烯浆料制备方法；CN105623471A公开了一种环氧树脂-石墨烯-锌粉防腐涂料及其制备方法，该方法虽然降低了锌粉的含量，但其涂料防腐性能未得到明显提升，耐盐雾时间仅600h；CN105505110A公开了一种石墨烯涂镀锌防腐涂料及制备方法，其中，石墨烯涂镀锌防腐涂料中锌粉55～76份，虽然其具有较好的防腐性能，但并未有效降低锌粉的用量；CN105713481A公开了一种石墨烯改性环氧富锌底漆及其制备方法，其中，底漆组分中锌粉占70～90份，该底漆并未降低锌粉用量，底漆密度大，生产成本大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种改性石墨烯浆料的制备方法和环氧防腐底漆及其制备方法，环氧防腐底漆体系中添加该制备方法制备的改性石墨烯浆料，不仅可以极大提高产品的耐盐雾性能，还可以有效减少锌粉用量、降低底漆密度、降低生产成本和使用成本，对环境和人身的危害程度降低。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种改性石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液与次磷酸钠水溶液混合后进行还原反应，分离、洗涤、干燥，得到石墨烯；采用次磷酸钠作为还原剂还原氧化石墨烯，次磷酸钠易溶于水且能形成稳定均一的水容液，且次磷酸钠水溶液呈中性，不会对石墨烯片层结构造成破坏；同时，氧化石墨烯中含有大量的含氧官能团，次磷酸钠能很好的附着在氧化石墨烯表面，可充分与氧化石墨烯表面的含氧官能团接触发生反应，从而达到还原氧化石墨烯的目的，并可获得片层结构中杂质以及其他含氧官能团少、片层结构更少的高品质石墨烯；(2)向纳米ZnO悬浮液中加入步骤(1)制备得到的石墨烯，超声分散，洗涤，干燥，得到负载ZnO的石墨烯粉末；(3)将所述负载ZnO的石墨烯粉末置于还原装置中，在还原气氛下进行反应，控制反应温度为140-180℃，反应时间为1-3h，得到改性负载Zn石墨烯；(4)将所述改性负载Zn石墨烯和有机溶剂混合进行研磨，然后加入分散剂进行分散，得到改性石墨烯浆料。进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯与次磷酸钠的用量比为1:1～1.5；还原反应的温度为70-90℃，时间为2-4h；进一步的，步骤(2)中，纳米ZnO和石墨烯的质量比为100:1～10；超声分散2-4h。进一步的，步骤(4)中，改性负载Zn石墨烯、分散剂和有机溶剂的质量比为(5-20)：(1-10)：(60-90)；所述有机溶剂包括甲基异丁酮、二甲苯、正丁醇和环己酮中的一种或几种；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。进一步的，步骤(4)中，研磨过程中电机的速度为3000-4000r/min，研磨时间为2-4h；分散包括预分散和超声分散，预分散是指在研磨机中研磨分散0.5-1h；超声分散的时间为1-3h，超声分散的温度不高于50℃。进一步的，步骤(2)中，纳米ZnO悬浮液是将纳米ZnO和溶剂混合进行研磨分散0.5-1h，制成纳米ZnO悬浮液，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和异丙醇中的至少一种。进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯分散液是将氧化石墨烯置于去离子水中超声分散1-3h得到的；干燥是指在80-120℃的真空条件下干燥5-7h。进一步的，步骤(2)中，干燥是指在130-150℃的真空条件下干燥5-7h。进一步的，步骤(3)中，还原气氛是指还原气体CO和保护气体(如氮气)的混合气氛。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种环氧防腐底漆，含有上述制备方法制备获得的改性石墨烯浆料。上述的环氧防腐底漆，优选的，所述环氧防腐底漆为多组分环氧防腐底漆，包括甲组份和乙组份，其中，以质量份计，所述甲组份包括：所述乙组份包括：上述的环氧防腐底漆，优选的，所述环氧防腐底漆在使用时甲组份与乙组份的质量比为5～20:1。进一步优选的，甲组份与乙组份的质量比为10～20:1。上述的环氧防腐底漆，优选的，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、杂环型环氧树脂、混合型环氧树脂和双酚S型环氧树脂中的一种或几种；所述无机填料包括云母粉、灰云母氧化铁、沉淀硫酸钡、钛白粉、滑石粉和轻质碳酸钙中的一种或几种；所述溶剂包括甲基异丁酮、二甲苯、正丁醇和环己酮中的一种或几种；所述其他助剂包括防沉稳定剂、分散剂、流平剂中的一种或几种。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的环氧防腐底漆的制备方法，包括以下步骤：S1：将改性石墨烯浆料和环氧树脂在分散设备中进行分散；S2：将锌粉、无机填料、溶剂和其他助剂组分加入S1混合后的体系中，继续分散，分散完成，得到甲组份；S3：将聚酰胺固化剂、二甲苯、正丁醇和环己酮混合，并搅拌4-6min混合均匀，得到乙组份。上述的制备方法，优选的，S1和S2中，分散转速3000-4000r/min，分散时间为0.5-1h。与现有技术相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将氧化石墨烯分散液与次磷酸钠水溶液混合后进行还原反应，分离、洗涤、干燥，得到石墨烯；/n(2)向纳米ZnO悬浮液中加入步骤(1)制备得到的石墨烯，超声分散，洗涤，干燥，得到负载ZnO的石墨烯粉末；/n(3)将所述负载ZnO的石墨烯粉末置于还原装置中，在还原气氛下进行反应，控制反应温度为140-180℃，反应时间为1-3h，得到改性负载Zn石墨烯；/n(4)将所述改性负载Zn石墨烯和有机溶剂混合进行研磨，然后加入分散剂进行分散，得到改性石墨烯浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯分散液与次磷酸钠水溶液混合后进行还原反应，分离、洗涤、干燥，得到石墨烯；
(2)向纳米ZnO悬浮液中加入步骤(1)制备得到的石墨烯，超声分散，洗涤，干燥，得到负载ZnO的石墨烯粉末；
(3)将所述负载ZnO的石墨烯粉末置于还原装置中，在还原气氛下进行反应，控制反应温度为140-180℃，反应时间为1-3h，得到改性负载Zn石墨烯；
(4)将所述改性负载Zn石墨烯和有机溶剂混合进行研磨，然后加入分散剂进行分散，得到改性石墨烯浆料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯与次磷酸钠的用量比为1:1～1.5；还原反应的温度为70-90℃，时间为2-4h；
步骤(2)中，纳米ZnO和石墨烯的质量比为100:1～10；超声分散的时间为2-4h。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，改性负载Zn石墨烯、分散剂和有机溶剂的质量比为(5-20)：(1-10)：(60-90)；所述有机溶剂包括甲基异丁酮、二甲苯、正丁醇和环己酮中的一种或几种；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，研磨过程中电机的速度为3000-4000r/min，研磨时间为2-4h；分散包括预分散和超声分散，预分散是指在研磨机中研磨分散0.5-1h；超声分散的时间为1-3h，超声分散的温度不高于50℃。


5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，纳米ZnO悬浮液是将纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文元，刘佳娜，李津，周虎，黄立志，范国栋，童晓峰，郭海涛，毛铭，童鑫，
申请(专利权)人：株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43