磷化聚苯胺-二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法技术

磷化聚苯胺

【技术实现步骤摘要】
磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种硅树脂复合防腐涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]金属材料是人们生活和社会发展不可缺少的一部分，其作用不可替代。然而，金属的腐蚀现象也非常普遍。每年因金属腐蚀带来的经济损失是难以估量的。所以对金属的防护尤为重要，对金属有效的防护一直是人们追求的目标。目前，对金属防护有很多种方法。其中，最直接有效的办法，就是在基材表面涂覆防腐涂层材料，这样可以在很大程度上延长金属的使用寿命。
[0003]传统上，聚合物常用于防腐涂层中，在金属表面和周围环境之间建立一个屏障，防止腐蚀离子通过涂层渗透到金属表面，从而保护金属免受腐蚀。涂料按照成膜物质可分为天然树脂类、丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、有机硅树脂类等。其中，有机硅树脂具有良好的稳定性，抗氧化性和防腐蚀性，是目前性能较为优异的成膜物之一。含氧基硅烷可以在水溶液中通过“溶胶
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凝胶”法进行水解反应，硅烷化合物在水解后可在金属或合金的表面自发的形成共价键。这种金属
‑
氧
‑
硅键可以通过缩合反应生成硅树脂。硅树脂中的硅原子能够增加在金属或合金表面形成的烷氧基和和共价键的数量，进而增强了电解质渗透的抵抗力，提高了涂层的防腐蚀性能。但是在形成膜的同时，大量的溶剂挥发，会在不同程度上形成裂痕和微孔，从而影响了涂层的致密性，使涂层整体防腐蚀性能降低。而且，传统的涂层材料由于有机溶剂的挥发给人的健康和环境带来危害。以水为溶剂或分散剂的水性涂层是目前防腐蚀涂层的发展方向。
[0004]单纯的聚合物涂层只能起到一定的屏障作用，性能不是十分理想，研究表明在聚合物涂层中加入防腐蚀功能材料可以有效提高涂层对金属的防腐蚀性能。在此之前最常用的材料是铬酸盐，其可以保护Q235钢、AA7075等金属免受腐蚀，但由于铬离子具有毒性和致癌性，在世界范围内的使用受到限制。因此，亟需一种无毒、环保的材料替代含铬酸盐来解决腐蚀问题。添加功能防腐蚀填料是进一步提高涂层防腐蚀性能的有效手段，通常包含提高屏蔽性能的片层填料和对金属腐蚀有抑制作用的填料，如黏土或蒙脱土、TiO2或Al2O3、稀土、石墨烯以及聚苯胺等。
[0005]石墨烯是一种碳原子以sp2杂化轨道构成的仅有单原子层厚度的新型二维碳纳米材料，具有超大的比表面积，优异的导电性、导热性、抗氧化性和抗渗透性。石墨烯可以提高复合涂层的屏蔽性能，有效阻隔水、氧气等小分子及Na
+
、Cl
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等腐蚀离子的透过，在金属防护涂层领域有着巨大的应用潜力。虽然石墨烯具有优异的性能，但实际上石墨烯并不是理想的六边形蜂窝晶格和二维结构，其在结构上仍有许多缺陷，氧化石墨烯的氧化基团在结构上形成了纳米孔洞。所以石墨烯本身并不是不可穿透的。而且，由于高比表面积和强范德华力，石墨烯片层容易聚集在一起，限制了其在复合涂层材料中的应用。改善石墨烯的缺陷，使石墨烯更好的分散，才能使石墨烯发挥出更好的性能。纯石墨烯或氧化石墨烯的分散很
困难。一般通过搅拌或超声等物理手段直接分散。未改性的简单机械分散效果不理想，相关研究较少。为了提高分散效率，通常对石墨烯表面进行一定的基团修饰。修饰基团与石墨烯结合的方式分为共价键合和非共价键物理吸附。物理吸附机制包括静电吸附、轨道共轭和氢键。在分散剂或修饰基团方面，有有机小分子、有机聚合物和无机纳米氧化物。这些提高了改性石墨烯在高分子树脂中的分散性。
[0006]聚苯胺是替代铬酸盐作为防腐蚀填料最有潜力的导电聚合物之一。聚苯胺是一种应用广泛的导电高分子材料，对金属和合金具有良好的防腐蚀性能，具有稳定性、环境友好性、易于合成等优点。然而由于聚苯胺的共轭结构使其不溶不熔，加工性不好，在水性树脂中分散性差，限制了其防腐蚀性能的发挥。
[0007]石墨烯由于其优异的片层阻隔作用，作为填料可以提升涂层的防腐蚀性能；聚苯胺由于优异的导电性、氧化还原特性，被广泛应用在防腐蚀涂层中。两种填料有效复合后，涂层会表现出更优异的防腐蚀性能。然而，石墨烯和聚苯胺的混合及非键合复合对石墨烯和聚苯胺的分散性特别是在水性树脂中的分散性改善效果不理想，限制了石墨烯和聚苯胺协同作用的发挥。而且，对石墨烯和聚苯胺进行的一系列的改性，使制备工艺复杂；使用了大量的有机溶剂和化学药品，生产成本较高，制约了复合材料的广泛应用。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法。
[0009]本专利技术磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法按以下步骤进行：
[0010]一、制备氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料
[0011]将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散3～4h，得到氧化石墨烯分散液，然后加入氨水，磁力搅拌15min，得到碱性氧化石墨烯分散液，再加入无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯的混合液，在60℃下搅拌反应6h，抽滤洗涤至固体产物变为中性，得到氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料；
[0012]氧化石墨烯分散液的浓度为1～1.5mg/mL；
[0013]正硅酸乙酯的体积与氧化石墨烯的质量的比为50mL：1mg；
[0014]氨水的质量分数为25wt％，氨水与正硅酸乙酯的体积比为1：1；
[0015]无水乙醇、去离子水、正硅酸乙酯的体积比为80：15：5；
[0016]步骤一将正硅酸乙酯在氧化石墨烯片层表面原位水解，通过共价键将二氧化硅锚定在氧化石墨烯表面，制备氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料。
[0017]二、制备磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯复合材料
[0018]将步骤一得到的氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料加入到100mL去离子水中，搅拌30min形成分散液，加入植酸，在100℃下搅拌回流反应10～12h，冷却至室温；将回流反应装置放置在3
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5℃的冰水浴中，利用植酸将反应液的pH值调节为1，加入苯胺，磁力搅拌30min，最后滴加过硫酸铵水溶液作为引发剂，磁力搅拌6
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8h，完成后抽滤并用去离子水洗涤固体产物至中性，将固体产物进行冷冻干燥48h，得到磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯复合材料；
[0019]植酸的体积与步骤一中氧化石墨烯的质量的比为50mL：1mg；
[0020]苯胺与步骤一中氧化石墨烯的质量比为3︰1；
[0021]过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵与苯胺的质量比为3︰1；
[0022]步骤二采用植酸作为改性剂，对氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料进行表面改性，得到植酸改性二氧化硅/氧化石墨烯，再在植酸改性二氧化硅/氧化石墨烯的分散液中引入苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：一、制备氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散3～4h，得到氧化石墨烯分散液，然后加入氨水，磁力搅拌15min，得到碱性氧化石墨烯分散液，再加入无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯的混合液，在60℃下搅拌反应6h，抽滤洗涤至固体产物变为中性，得到氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料；氧化石墨烯分散液的浓度为1～1.5mg/mL；正硅酸乙酯的体积与氧化石墨烯的质量的比为50mL：1mg；氨水的质量分数为25wt％，氨水与正硅酸乙酯的体积比为1：1；无水乙醇、去离子水、正硅酸乙酯的体积比为80：15：5；二、制备磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯复合材料将步骤一得到的氧化石墨烯
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二氧化硅复合材料加入到100mL去离子水中，搅拌30min形成分散液，加入植酸，在100℃下搅拌回流反应10～12h，冷却至室温；将回流反应装置放置在3
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5℃的冰水浴中，利用植酸将反应液的pH值调节为1，加入苯胺，磁力搅拌30min，最后滴加过硫酸铵水溶液作为引发剂，磁力搅拌6
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8h，完成后抽滤并用去离子水洗涤固体产物至中性，将固体产物进行冷冻干燥48h，得到磷化聚苯胺
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二氧化硅接枝改性石墨烯复合材料；植酸的体积与步骤一中氧化石墨烯的质量的比为50mL：1mg；苯胺与步骤一中氧化石墨烯的质量比为3︰1；过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵与苯胺的质量比为3︰1；三、制备含环氧基水性硅树脂将去离子水和无水乙醇加入到试剂瓶中，随后加入柠檬酸，超声至柠檬酸完全溶解，继续向试剂瓶中加入正硅酸乙酯、γ
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(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷，在40℃的条件下搅拌反应8h，得到水性含环氧基硅树脂；去离子水和无水乙醇的质量比为2︰1；柠檬酸为去离子水、无水乙醇、正硅酸乙酯、γ
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(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的总质量的1～1.5％；正硅酸乙酯、γ
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(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷的质量比为5︰12︰4；去离子水和无水乙醇的总质量与正硅酸乙酯、γ
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(2,3...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓辉，李玉峰，赵甜甜，赵阳，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：