一种基于石墨烯的防腐涂层的加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的防腐涂层及其加工工艺，包括环氧树脂、聚苯胺、改性氧化石墨烯、硫酸铝、自修复微囊等原料；其中利用环氧树脂作为成膜物质，以硫酸铝和聚苯胺为添加剂，硫酸铝作为无机填料，可以阻止腐蚀介质的浸入，起到物理防护的作用；聚苯胺的分子结构中存在共轭双键，可以在金属表面形成一种保护性氧化物，使金属钝化，从而降低金属的腐蚀作用；本发明专利技术设计了一种基于石墨烯的防腐涂层及其加工工艺，组分配比合理，实现了防腐涂层的自修复效果，提高防腐涂层的使用寿命，优化参数工艺，使得涂层的防腐效果更加优秀，具有较高的实用性。高的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的防腐涂层的加工工艺


[0001]本专利技术涉及防腐涂层领域，具体是一种基于石墨烯的防腐涂层的加工工艺。

技术介绍

[0002]金属腐蚀的指金属与周围环境介质发生物理、化学、生物、电化学等界面反应，金属的原有属性发生变化而造成的破坏；据统计，每年全球因腐蚀报废的钢铁约占年钢铁产量的20%-40%，金属腐蚀在导致直接经济损失的同时，也会造成大量能源与资源的消耗，因此，关于金属腐蚀成为我们一直关注的热点。
[0003]随着研究的深入和发展，我们开始在金属表面涂覆防腐蚀涂层，以此来改善金属的耐腐蚀性质，在这之后人们又发现，涂覆了防腐涂层的金属在高温环境中使用，由于水蒸气、腐蚀离子等因素的存在，防腐涂层很容易发生起泡、穿孔、丝状腐蚀等局部腐蚀，使用寿命短。
[0004]而自愈合涂层的出现有效解决了这一问题，自愈合涂层是指在普通涂层的屏蔽效应的基础上，通过技术改进使涂层具有仿生自愈合功能。
[0005]针对上述问题，本专利设计了一种基于石墨烯的防腐涂层及其加工工艺，能够在涂层发生局部腐蚀时自动修复涂层，提高涂层的使用寿命，这是我们亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯的防腐涂层及其加工工艺，以解决现有技术中的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于石墨烯的防腐涂层，所述防腐涂层各原料组分如下：以重量计，环氧树脂20-80份、改性氧化石墨烯6-18份、溶剂40-140份、自修复微囊10-25份、添加剂3-10份。
[0008]较为优化地，所述改性氧化石墨烯由氧化石墨烯通过改性剂改性制备，所述氧化石墨烯由石墨烯氧化制备。
[0009]较为优化地，所述自修复微囊各原料组分如下：以重量计，烷基苯磺酸盐2-5份、磷酸3-6份、酚醛树脂20-40份、正硅酸四乙酯30-70份。
[0010]较为优化地，所述改性剂各原料组分如下：以重量计，硼氢化钠10-20份、四氢呋喃40-100份、碘3-8份、稀盐酸15-60份。
[0011]较为优化地，所述添加剂各原料组分如下：聚苯胺5-15份、硫酸铝3-10份、吡啶2-6份、氧化铜5-10份。
[0012]较为优化地，所述溶剂包括甲苯和正丁醇，所述甲苯和正丁醇的质量比为1：（1-1.5）。
[0013]本专利技术中设计了一种基于石墨烯的防腐涂层及其加工工艺，包括环氧树脂、聚苯胺、改性氧化石墨烯、硫酸铝、自修复微囊等原料；其中利用环氧树脂作为成膜物质，以硫酸铝和聚苯胺为添加剂，硫酸铝作为无机填料，可以阻止腐蚀介质的浸入，起到物理防护的作
用。
[0014]聚苯胺的分子结构中存在共轭双键，可以在金属表面形成一种保护性氧化物，使金属钝化，从而降低金属的腐蚀作用，同时聚苯胺小分子结构能够填充到涂层的孔洞和缺陷之中，增强涂层的致密性，聚苯胺具有较高的长径比，有利于导电聚合物的均匀分散，提高涂层的使用寿命；同时聚苯胺表面的羟基会与环氧树脂涂料中的极性基团相互交联，增强了涂层的附着力和粘接力。
[0015]本专利技术中制备了改性氧化石墨烯，利用石墨烯通过强氧化剂氧化，得到的氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基和环氧基，本专利技术中通过改性剂制备改性氧化石墨烯，改性剂包括硼氢化钠、四氢呋喃、碘、稀盐酸等原料，以四氢呋喃为溶剂，通过NaBH4/I2还原体系对氧化石墨烯的表面基团还原，将氧化石墨烯表面的羧基、羰基还原成醇基，使得改性氧化石墨烯表面充斥着大量的-OH基团；本专利技术中改性氧化石墨烯的制备，不仅可以提高涂层的力学性能和耐磨性，同时可以协同自修复微囊激实现自修复过程，提高防腐涂层的 使用寿命和防腐蚀性能。
[0016]本专利技术中添加了自修复微囊，利用正硅酸四乙酯水解产物制备囊壁，将酚醛树脂和磷酸包裹在囊内，制备得到的自修复微囊具有较好的热稳定性和存储密封性，自修复微囊分散在环氧树脂中，一方面可以有效提高涂层的耐磨性，另一方面，在金属涂层受到局部腐蚀时，自修复微囊破损，内部的酚醛树脂和磷酸溢出，防腐涂层受到水蒸气的影响，此时涂层内的硫酸铝会发生水解，水解生成的氢氧化铝可以与磷酸反应生成Al (H2PO4)3，同时氢氧化铝会在高温下分解生成Al2O3，此时在氧化铜和生成的Al (H2PO4)3作用下，改性氧化石墨烯表面的羟基被氧化为醛基，醛基会进一步重排生成烯醇结构，生成的烯醇结构会与Al2O3、氧化铜、Al (H2PO4)3发生共聚生成大分子；同时氧化铜、Al2O3还可以作为固化剂，与Al (H2PO4)3反应，生成的混合产物可以作为胶黏剂，在涂层破损的位置进行自我修复，提高涂层的耐腐蚀性能，使用寿命更高。
[0017]同时，自修复微囊破碎后，氧化铜、Al2O3作为固化剂与Al (H2PO4)3反应的过程中，自修复微囊的的有机硅囊壁可以分散在整个涂层体系中，与形成的胶黏剂及涂层中的环氧树脂紧密结合，对整个涂层起到增韧作用，提高涂层的抗压强度和耐磨性。
[0018]反应机理为：Al(OH)3+3H3PO4= Al (H2PO4)3+3H2O；2Al(OH)
3 = Al2O
3 + 3H2O较为优化地，一种基于石墨烯的防腐涂层的加工工艺，包括以下步骤：1)准备原料；2)制备改性氧化石墨烯；3)制备自修复微囊；4)混合搅拌，得到所述防腐涂层。
[0019]较为优化地，包括以下步骤：1)准备原料：a)按比例称取硼氢化钠、四氢呋喃、碘、稀盐酸、烷基苯磺酸盐、磷酸、酚醛树脂、正硅酸四乙酯、环氧树脂、聚苯胺、硫酸铝、吡啶和氧化铜，备用；b)按比例称取石墨烯，烘干，备用；c)按比例称取甲苯、正丁醇，混合均匀，制备得到溶剂，备用；
2)制备改性氧化石墨烯：a)制备氧化石墨烯：取步骤1）准备的石墨烯，强氧化剂氧化，得到氧化石墨烯；b)取步骤 a）准备的氧化石墨烯置于烧杯中，四氢呋喃溶解，再取步骤1）准备的硼氢化钠，分批投入烧杯中，快速搅拌，直至气体停止逸出；再加热至95-105℃，缓慢滴加四氢呋喃和碘的混合液体，直至气体停止逸出，继续搅拌，再缓慢加入稀盐酸，反应结束后用乙醚提取，干燥过滤，得到改性氧化石墨烯；3)制备自修复微囊：a)取步骤1）准备的烷基苯磺酸盐，置于烧杯中，再加入磷酸和酚醛树脂，加热搅拌，搅拌均匀后缓慢滴加蒸馏水，得到物料A；b)取步骤1）准备的正硅酸四乙酯，置于盐酸溶液中，水浴加热水解，得到物料B；c)取步骤1）制备的物料A，添加步骤2）制备的物料B，盐酸调节PH，加热升温至60-100 ℃，搅拌反应2-4h，冷却，得到所述自修复微囊；4)涂层的制备：a)取步骤1）准备的聚苯胺，置于烧杯中，加入步骤1）准备的溶剂，搅拌，再置于超声机中超声分散2-3h，得到物料C；b)取步骤1）准备的环氧树脂，加入步骤1）准备的溶剂溶解，搅拌，再加入步骤a）制备的物料C，搅拌，再依次投入步骤2）制备的改性氧化石墨烯、步骤3）制备的自修复微囊、步骤1）准备的硫酸铝、氧化铜、吡啶，搅拌，再放入烘箱中，抽真空，得到所述防腐涂层。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的防腐涂层的加工工艺，其特征在于：所述防腐涂层各原料组分如下：以重量计，环氧树脂20份、改性氧化石墨烯6份、溶剂40份、自修复微囊10份、添加剂3份；所述改性氧化石墨烯由氧化石墨烯通过改性剂改性制备，所述氧化石墨烯由石墨烯氧化制备；所述改性剂各原料组分如下：以重量计，硼氢化钠10份、四氢呋喃40份、碘3份、稀盐酸15份；所述自修复微囊各原料组分如下：以重量计，烷基苯磺酸盐2份、磷酸3份、酚醛树脂20份、正硅酸四乙酯30份；所述添加剂各原料组分如下：聚苯胺5份、硫酸铝3份、吡啶2份、氧化铜5份；所述溶剂包括甲苯和正丁醇，所述甲苯和正丁醇的质量比为1：1；防腐涂层制备具体包括以下步骤：1)准备原料：a)称取硼氢化钠、四氢呋喃、碘、稀盐酸、烷基苯磺酸盐、磷酸、酚醛树脂、正硅酸四乙酯、环氧树脂、聚苯胺、硫酸铝、吡啶和氧化铜，备用；b)称取石墨烯，70℃烘干，备用；c)称取甲苯、正丁醇，混合均匀，制备得到溶剂，备用；2)制备改性氧化石墨烯：a)制备氧化石墨烯：取步骤1）准备的石墨烯，强氧化剂氧化，得到氧化石墨烯；b)取步骤a）准备的氧化石墨烯置于烧杯中，四氢呋喃溶解，再取步骤1）准...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小龙，
申请(专利权)人：刘小龙，
类型：发明
国别省市：