一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液及其制备方法和应用，属于硅烷涂料技术领域。本发明专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液，包括以下质量百分含量的组分：硅烷单体50～60％，聚多巴胺改性氧化石墨烯0.05～0.5％，水相乳化剂1～5％，分散剂0.1～0.5％，油相乳化剂1～5％和水35～45％。本发明专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液具有优良的粘结、抗剥落性能、防水能力、抗氯盐与硫酸盐侵蚀渗透能力、抗钢筋锈蚀性能；而且，对氧化石墨烯进行聚多巴胺功能化可以提高氧化石墨烯的利用率并大幅减少氧化石墨烯材料的用量，使氧化石墨烯改性硅烷乳液的成本大幅度降低。

【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液及其制备方法和应用
本专利技术涉及硅烷乳液
，具体涉及一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液及其制备方法和应用。
技术介绍
混凝土等水泥基材料的耐久性能是影响混凝土结构安全性与可靠性的关键因素，通过使用聚合物涂料对混凝土材料表面进行防护处理是提高混凝土耐久性能及恶劣环境适应能力的重要举措。硅烷聚合物涂料作为工程领域常用的一种渗透型有机聚合物涂料，可以在混凝土材料的表面和内部形成防水、透气的防护层，耐久性能良好。通过对硅烷涂料进行纳米改性，能够改善其物理与化学性能，从而进一步提高硅烷涂料的防水性能、抗渗透性能，增强硅烷涂料与混凝土材料表面的粘结性能。氧化石墨烯作为一种表面含有含氧官能团的二维碳纳米材料，可以很好地分散在水中并与聚合物分子进行共价结合。氧化石墨烯可以通过原位聚合法、溶胶-凝胶法、插层法、物理共混法对聚合物涂料进行功能改性，它可以为聚合物分子构建出理想的分子构型并赋予其稳定的防护性能。氧化石墨烯片层可以充分发挥聚合物涂料的防水性能与抗渗性能，有效地提高混凝土等多孔非均质材料的表面防护。然而，由于氧化石墨烯的成本过高，表面含氧官能团相对有限，而且易团聚，直接使用氧化石墨烯对聚合物涂料进行改性极易造成氧化石墨烯利用不充分，导致复合涂料在防水抗渗性能以及抗侵蚀性能方面的改性效果不够理想。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液及其制备方法和应用，本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液中氧化石墨烯的利用率高，改性硅烷乳液的防水性能和抗侵蚀性能优异。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性硅烷乳液，包括以下质量百分含量的组分：硅烷单体50～60％，聚多巴胺改性氧化石墨烯0.05～0.5％，水相乳化剂1～5％，分散剂0.1～0.5％，油相乳化剂1～5％和水35～45％。优选的，所述聚多巴胺改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯预分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液和缓冲溶液混合，调节pH值至8～8.5后进行超声分散，得到混合分散液；将所述混合分散液和盐酸多巴胺二次超声分散，得到聚多巴胺改性氧化石墨烯。优选的，所述缓冲溶液包括三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液、巴比妥缓冲溶液、氨-氯化铵缓冲溶液、磷酸二氢钾缓冲溶液和磷酸二氢钠缓冲溶液中的一种或多种。优选的，所述聚多巴胺改性氧化石墨烯的粒径为200～800目。优选的，所述硅烷单体包括取代氧基硅烷。优选的，所述水相乳化剂包括烯醚类乳化剂、烷基有机盐类乳化剂和酯类乳化剂中的一种或几种。优选的，所述分散剂包括烷基有机盐、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和丙三醇中的一种或多种。优选的，所述油相乳化剂包括脂肪酸酯类乳化剂。本专利技术提供了上述技术方案所述聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)将水相乳化剂、分散剂、聚多巴胺改性氧化石墨烯和水混合，得到水相；(2)将油相乳化剂和硅烷单体混合，得到油相；(3)将所述油相滴加到所述水相中混合，得到聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液；所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序。本专利技术提供了上述技术方案所述聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液或上述技术方案所述制备方法制备得到的所述聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液在水泥基材料、岩石、金属、塑料制品、木材或纺织物的防护中的应用。本专利技术提供了一种聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液，包括以下质量百分含量的组分：硅烷单体50～60％，聚多巴胺改性氧化石墨烯0.05～0.5％，水相乳化剂1～5％，分散剂0.1～0.5％，油相乳化剂1～5％和水35～45％。聚多巴胺改性氧化石墨烯能够改善硅氧烷的分子构型，充分发挥聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液的疏水性质，提高硅烷体系的交联程度，使得混凝土等基材表面形成一个稳定且致密的疏水膜。而且，聚多巴胺改性氧化石墨烯可以促进硅氧烷分子与混凝土水化产物(如水化硅酸钙、氢氧化钙)之间发生二次水化反应，提高了混凝土的密实度，抑制外部水分进入混凝土内部的裂隙以及毛细孔道。聚多巴胺可以使大部分的氧化石墨烯转变为还原态，降低其表面具有亲水性质的含氧官能团的数量，进一步提高了乳液的防水性能。因而，本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液具有优良的防水能力。聚多巴胺增强了氧化石墨烯片层的抗离子渗透性能，提高了基材毛细孔道中氧化石墨烯对侵蚀型离子的阻挡作用，阻碍并延长了侵蚀离子的传输路径，而且，聚多巴胺改性氧化石墨烯能够提高硅烷乳液的交联程度，削弱水分子及氯离子、硫酸根离子在基材表面及毛细孔道内部的扩散与传输，因而，本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液具有优良的抗氯盐与硫酸盐侵蚀渗透能力。在本专利技术中，聚多巴胺改性氧化石墨烯通过-NH-键与-CO-NH-键连接氧化石墨烯片层与聚多巴胺分子，其表面含有更多数量的活性官能团(包括羟基、羧基、环氧基)，进而氧化石墨烯片层上的聚多巴胺可以接枝更多的硅烷分子，而且由于聚多巴胺分子增强了氧化石墨烯表面的空间位阻效应，在聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液应用过程中，硅羟基与基材之间会形成具有较多数量并且排列有序的Si-O-C键及Si-O-Si键，使得基材与涂层之间具有良好的粘结性能与抗剥落性能。因而，本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液具有优良的粘结与抗剥落性能。本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液一方面能够抑制CO2在金属基材的毛细孔中的扩散，能够维持碱性环境并保护金属表面的钝化膜，另一方面能够有效抑制氯离子在混凝土内部的扩散与传输，减少氯离子对金属的锈蚀，因而，本专利技术提供的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液具有优良的抗金属锈蚀能力。聚多巴胺改性氧化石墨烯可以提高硅烷乳液在离子侵蚀、冻融、高温、酸碱腐蚀等各种复杂恶劣工作环境下的稳定性，延长其使用寿命并减少维护成本；而且，对氧化石墨烯进行聚多巴胺功能化可以提高氧化石墨烯的利用率并大幅减少氧化石墨烯材料的用量，使氧化石墨烯改性硅烷乳液的成本降低70％以上，工程应用成本低。本专利技术提供了上述技术方案所述聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)将水相乳化剂、分散剂、聚多巴胺改性氧化石墨烯和水混合，得到水相；(2)将油相乳化剂和硅烷单体混合，得到油相；(3)将所述油相滴加到所述水相中混合，得到聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液；所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序。本专利技术提供的制备方法，可有效提高硅烷乳液改性过程中氧化石墨烯的分子连接效果与利用率，提高改性硅烷乳液的防水性能与抗离子渗透侵蚀性能，并且使改性硅烷乳液与水泥基材料等基材之间产生稳定的粘结效果；而且，工艺简单，适宜工业化生产。附图说明图1为分别涂覆实施例1～3和对比例1～2制备的乳液后的水泥净浆试件的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性硅烷乳液，包括以下质量百分含量的组分：硅烷单体50～60％，聚多巴胺改性氧化石墨烯0.05～0.5％，水相乳化剂1～5％，分散剂0.1～0.5％，油相乳化剂1～5％和水35～45％。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性硅烷乳液，包括以下质量百分含量的组分：硅烷单体50～60％，聚多巴胺改性氧化石墨烯0.05～0.5％，水相乳化剂1～5％，分散剂0.1～0.5％，油相乳化剂1～5％和水35～45％。


2.根据权利要求1所述的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液，其特征在于，所述聚多巴胺改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
将氧化石墨烯预分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；
将所述氧化石墨烯分散液和缓冲溶液混合，调节pH值至8～8.5后进行超声分散，得到混合分散液；
将所述混合分散液和盐酸多巴胺二次超声分散，得到聚多巴胺改性氧化石墨烯。


3.根据权利要求2所述的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液，其特征在于，所述缓冲溶液包括三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液、巴比妥缓冲溶液、氨-氯化铵缓冲溶液、磷酸二氢钾缓冲溶液和磷酸二氢钠缓冲溶液中的一种或多种。


4.根据权利要求1～3任一项所述的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷乳液，其特征在于，所述聚多巴胺改性氧化石墨烯的粒径为200～800目。


5.根据权利要求1所述的聚多巴胺改性氧化石墨烯改性硅烷，其特征在于，所述硅烷单体包括取代氧基硅烷。
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【专利技术属性】
技术研发人员：侯东帅，吴聪，尹兵，李绍纯，王鑫鹏，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37