一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂及其制备方法技术

一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，以重量百分比计，其组分及重量百分数为：改性氧化石墨烯0.05％～3％、环保型陶化剂4％～10％、余量为水。本发明专利技术将氧化石墨烯通过与硅烷偶联剂上的羟基反应形成共价键紧密结合，这样经过硅烷改性后的氧化石墨烯与含有硅烷偶联剂组分的环保型陶化剂由于极性相似相溶，两者之间更容易分散结合；氧化石墨烯因其表面丰富的氧官能团等结构，易于与环保型陶化剂产生共价键，从而增强了两者之间的结合力，使得石墨烯优异的物理化学性能、抗腐蚀能力得以引入，从而使石墨烯‑陶化剂复合材料在原有材料性能的基础上具备更加优越的电学和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂及其制备方法
本专利技术属于金属表面处理剂
，特别涉及一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂及其制备方法。
技术介绍
随着世界各地技术经济持续发展和进步，金属表面处理越来越受到各行各业的重视和亲睞，该处理技术是指通过对金属表面进行加工以达到改善金属表面性质的技术。中国做为制造业大国，每年消耗化学品的规模越来越大，若不重视化学品的环保性，将对环境产生极大的危害。而涂装行业做为化学品的需求大户，金属表面处理剂的使用量自然非常大。家电、汽车、电镀、搪瓷、电泳、喷涂等都大量的使用金属表面处理剂。而传统的磷化剂虽然技术成熟，但对环境的污染日益剧增，含磷脱脂剂、磷化剂的大量使用，造成磷元素的污染；所以，要从源头解决这些问题，新型环保处理剂——陶化剂的使用变得极为重要，它的组成里无磷、无铬、无镍、无氮；反应副产物无渣，工艺简单，常温处理，酸度低，废液易处理排放，对环境无害。但是，普通陶化剂由于自身材料结构制约，不具有良好的电学和力学性能，不能满足在电子电器、航空航天等领域的应用中更高的性能要求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供了一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂及其制备方法，具体技术方案如下：一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，以重量百分比计，其组分及重量百分数为：改性氧化石墨烯0.05％～3％、环保型陶化剂4％～10％、余量为水。进一步地，以重量百分比计，所述环保型陶化剂由硅烷偶联剂溶液1％～5％、成膜物质1％～4％、络合剂0.3％～1％、余量为水构成。进一步地，所述硅烷偶联剂溶液由20％硅烷偶联剂、70％无水乙醇和10％水构成。进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种组成。进一步地，所述成膜物质为ZrO2，Zr(OH)4，TiO2，Ti(OH)4，SiO2的混合物。进一步地，所述络合剂为柠檬酸和乙二胺四乙酸四钠中的一种或两种组成。一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、氧化石墨烯的制备：通过超声波法制备，将膨胀石墨用氧化剂氧化，再用还原剂还原多余的氧化剂，然后过滤、洗涤、超声分散、剥离、干燥得到氧化石墨烯；S2、氧化石墨烯表面改性：首先将上述S1步骤中的氧化石墨烯加入到乙醇中超声分散后得到分散液，然后将该分散液放置于反应釜中，并加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加温搅拌3～5h后,搅拌温度为60～80℃，继续搅拌冷却至室温，然后用乙醇、水洗涤至中性，得到改性氧化石墨烯；其中，氧化石墨烯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1：5；S3、环保型陶化剂的制备：S3.1、首先按照权利要求2中的组分比例，将硅烷偶联剂、无水乙醇和水混合搅拌至澄清得到混合液；S3.2、向上述S3.1步骤中混合液按照权利要求2中的组分比例，依次加入成膜物质、络合剂混合搅拌直至溶液澄清，搅拌温度为30～38℃；S3.3、将上述S3.2步骤中溶液继续搅拌冷却至室温即可得到环保型陶化剂；S4、共混制备石墨烯陶化处理剂：将上述S2和S3步骤中得到的改性氧化石墨烯和环保型陶化剂按照权利要求1的组分比例，在常温下，加水超声分散，并混合搅拌均匀即可得到石墨烯陶化处理剂。进一步地，所述氧化剂由高锰酸钾和硝酸钠组成。进一步地，所述还原剂为过氧化氢水溶液、水合肼和硼氢化钠中的任意一种。本专利技术的有益效果是：本专利技术将氧化石墨烯通过与硅烷偶联剂上的羟基反应形成共价键紧密结合，这样经过硅烷改性后的氧化石墨烯与含有硅烷偶联剂组分的环保型陶化剂由于极性相似相溶，两者之间更容易分散结合；氧化石墨烯因其表面丰富的氧官能团等结构，易于与环保型陶化剂产生共价键，从而增强了两者之间的结合力，使得石墨烯优异的物理化学性能、抗腐蚀能力得以引入，从而使石墨烯-陶化剂复合材料在原有材料性能的基础上具备更加优越的电学和力学性能；另外，石墨烯原子间均为碳-碳共价键连接，片层间为范德华力，因此片层间容易相互滑动，因此具有优异的机械性能和自润滑性能，可以增强耐磨损性的作用。附图说明图1为石墨烯与陶化剂中硅氧烷、金属表面成膜微观模型。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本申请实施例通过提供一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂及其制备方法，将石墨烯和环保型陶化剂复合，改善了它的电学和力学性能，以满足陶化剂在电子电器、航空航天等领域的应用中更高的性能要求。本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：石墨烯是单原子层的石墨薄膜，其晶格是由碳原子构成的二维蜂窝结构。该材料具有许多新奇的物理特性，它是目前已知在常温下导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了一般导体。此外，还可用石墨烯制造复合材料、电池/超级电容、储氢材料、场发射材料、超灵敏传感器等。鉴于石墨烯和陶化剂的性能特点，若将石墨烯和陶化剂复合，有望制备出综合性能更为优异的复合材料，在保留传统陶化剂优异性能的同时，改善它的电学和力学性能，以满足陶化剂在电子电器、航空航天等领域的应用中更高的性能要求。硅烷含有两种不同化学官能团，一端能与无机材料表面的羟基反应生成共价键；另一端能与树脂生成共价键，从而使两种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。硅烷化处理可描述为四步反应模型，(1)与硅相连的3个Si-OR基水解成Si-OH；(2)Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；(3)低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；(4)加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接，但在界面上硅烷的硅羟基与基材表面只有一个键合，剩下两个Si-OH或者与其他硅烷中的Si-OH缩合，或者游离状态。本申请通过将氧化石墨烯通过与硅烷偶联剂上的羟基反应形成共价键紧密结合，这样经过硅烷改性后的氧化石墨烯与含有硅烷偶联剂组分的环保型陶化剂由于极性相似相溶，两者之间更容易分散结合；氧化石墨烯因其表面丰富的氧官能团等结构，易于与环保型陶化剂产生共价键，从而增强了两者之间的结合力，使得石墨烯优异的物理化学性能、抗腐蚀能力得以引入，从而使石墨烯-陶化剂复合材料在原有材料性能的基础上具备更加优越的电学和力学性能。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。实施例一一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，以重量百分比计，其组分及重量百分数为：改性氧化石墨烯0.05％、环保型陶化剂4％、余量为水。以重量百分比计，所述环保型陶化剂由硅烷偶联剂溶液1％、成膜物质1％、络合剂0.3％、余量为水构成。所述硅烷偶联剂溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，以重量百分比计，其组分及重量百分数为：改性氧化石墨烯0.05％～3％、环保型陶化剂4％～10％、余量为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，以重量百分比计，其组分及重量百分数为：改性氧化石墨烯0.05％～3％、环保型陶化剂4％～10％、余量为水。


2.根据权利要求1所述的环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，以重量百分比计，所述环保型陶化剂由硅烷偶联剂溶液1％～5％、成膜物质1％～4％、络合剂0.3％～1％、余量为水构成。


3.根据权利要求2所述的环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液由20％硅烷偶联剂、70％无水乙醇和10％水构成。


4.根据权利要求2所述的环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种组成。


5.根据权利要求2所述的环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，所述成膜物质为ZrO2，Zr(OH)4，TiO2，Ti(OH)4，SiO2的混合物。


6.根据权利要求2所述的环保型金属表面石墨烯陶化处理剂，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸和乙二胺四乙酸四钠中的一种或两种组成。


7.一种环保型金属表面石墨烯陶化处理剂制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：
通过超声波法制备，将膨胀石墨用氧化剂氧化，再用还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓晨，陈虎，
申请(专利权)人：安徽未来表面技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34