一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料及其制备方法，属于水性涂料技术领域，该涂料包括如下重量份原料：水性环氧树脂乳液38

【技术实现步骤摘要】
一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂料
，具体地，涉及一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在水性涂料中，环氧树脂系涂料具有很高的附着力和耐腐蚀性能，相对安全性较好，因而得到了广泛应用。目前，水性环氧树脂制备成涂料被广泛应用于汽车涂装领域，但是由于汽车长期暴露在自然环境下，由于阳光中紫外照射，雨水，高低温等影响其防腐能力较差，因此改善水性环氧树脂涂料的防腐性很关键。石墨烯及其衍生物可以在极少的添加量的情况下提高涂料的耐腐蚀、耐高温等性能，但是石墨烯及氧化石墨烯不易分散，因此添加后涂料的防腐性能仍然相对较低。
[0003]例如申请号为201710894372.7的中国专利技术专利公开了一种含石墨烯的水性环氧树脂乳液及其制备方法，该水性环氧树脂乳液的具体制备步骤包括：聚乙二醇/石墨烯复合材料的制备、水性环氧树脂乳化剂的制备、水性环氧树脂乳液的制备。其中聚乙二醇/石墨烯复合材料是通过原位聚合法制备，使石墨烯能均匀分散并锚固在聚乙二醇基体中，在制备乳化剂时，聚乙二醇表面上的羟基在催化剂作用下与环氧树脂发生反应，实现聚乙二醇、石墨烯、环氧树脂三者间的连接，在制备乳液过程中，石墨烯随着乳化剂进入乳液中，解决了石墨烯在乳液中难分散和相容性差等问题，得到均匀分散含有石墨烯的水性环氧树脂乳液。虽然该专利能够一定程度上改善石墨烯在环氧树脂中的分散问题，但是聚乙二醇聚合过程中，石墨烯表面的含氧基团难以有针对性地与聚合物作用，导致石墨烯与聚乙二醇的相互作用并不是很强，进而影响石墨烯在水性环氧涂料中的分散。因此，石墨烯与环氧树脂基体的相互作用需要进一步加强。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料及其制备方法。
[0005]本专利技术通过对石墨进行氧化处理、羟乙基二乙烯三胺接枝改性，获得改性石墨，改性石墨既保留了石墨烯片层的结构，而且在表面接枝了有机分子链，能够促进石墨烯在涂料中的均匀分散，且提高石墨烯与环氧树脂基体的作用力，使石墨烯持续、稳定发挥作用；片层状的石墨烯均匀分散，能够形成水分子、氯离子等小分子腐蚀介质难以通过的致密隔绝层，涂层的屏蔽性能大幅提升，此外，石墨烯还具有优良的导热性能，从而提高环氧树脂涂层的耐腐蚀和散热性能。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料，包括如下重量份原料：水性环氧树脂乳液38
‑
45份、改性石墨3
‑
4份、填料25
‑
29份、表面活性剂1.5
‑
1.9份、聚二甲基硅氧烷0.1
‑
0.2份、羟乙基纤维素0.2
‑
0.3份、去离子水20
‑
30份；
[0008]使用时，需要加入水性固化剂，固化剂的添加量为水性环氧树脂涂料质量的20％。
[0009]进一步地，填料为滑石粉和云母粉按照质量比1:1的混合物。
[0010]进一步地，表面活性剂为为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和烷基醇酰胺中的一种。
[0011]进一步地，所述改性石墨通过如下步骤制备：
[0012]S1、将鳞片石墨、高锰酸钾和硝酸钠依次加入到水热反应釜中，然后倒入浓硫酸(质量分数75％)，盖上釜盖，将反应釜在2℃下冷藏80
‑
90min后，将其放置于80℃烘箱加热2h；取出反应釜冷却至室温，将产物倒入盛有去离子水的烧杯中稀释，然后滴加双氧水，静置24h得到下层沉淀，用稀盐酸溶液(质量分数5％)进行3次酸洗，再进行5次水洗，得到氧化石墨烯的浓溶液，离心，冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯；鳞片石墨、高锰酸钾、硝酸钠、浓硫酸、去离子水、双氧水的用量之比为1g:5g:5g:50mL:250mL:10mL；
[0013]在高锰酸钾、浓硫酸和双氧水的强氧化作用下，将鳞片石墨氧化成氧化石墨烯；
[0014]S2、将氧化石墨烯放入烧瓶中，向烧瓶加入去离子水，开启磁力搅拌，搅拌12h后，继续于30℃超声处理2h，之后向其中滴加羟乙基二乙烯三胺，加完后，继续于30℃超声处理2h，抽滤，并用去离子水洗涤3
‑
5次，最后置于60℃的真空干燥箱中烘干，得到改性石墨，密封备用；氧化石墨烯、去离子水、羟乙基二乙烯三胺的用量比为0.2mg:150mL:3.2mL；
[0015]鳞片石墨经过步骤S1的氧化处理后，获得氧化石墨烯，氧化石墨烯的片层表面含有较多的环氧基、羟基和羧基等含氧基团，利用羟乙基二乙烯三胺分子上的
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NH2与氧化石墨烯表面的
‑
COOH发生化学反应，使4
‑
氨基苯乙烯通过
‑
CO
‑
NH
‑
接枝于氧化石墨烯表面，
‑
NH2与
‑
COOH的反应活性较高，反应条件简单、温和，具体反应方程式如下所示：
[0016][0017]氧化石墨烯经过羟乙基二乙烯三胺改性处理后，通过精准的化学反应作用键合有羟乙基二乙烯三胺的分子链，从而在氧化石墨烯表面引入活性
‑
OH基团，引入的
‑
OH能够在催化剂的作用下与环氧树脂基体发生反应，环氧树脂开环，实现石墨烯与环氧树脂之间的直接连接，促进氧化石墨烯在涂料中的均匀分散，并且提高石墨烯与树脂基体的相互作用力，进而提高石墨烯在涂层中的耐迁移性，使石墨烯稳定、持续发挥作用。
[0018]一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0019]第一步、将改性石墨超声分散在一半体积的去离子水中，并加入一半的表面活性剂，得到石墨水分散体；
[0020]第二步、将环氧树脂乳液、石墨水分散体、填料、剩余的一半表面活性剂、聚二甲基硅氧烷、羟乙基纤维素和剩余的一半去离子水混合，超声分散2
‑
3h，得到水性环氧树脂涂料。
[0021]使用时，往水性环氧树脂涂料中加入固化剂，机械搅拌均匀，并在室温下真空除气30
‑
40min后，即可进行喷涂或涂覆操作。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术通过对石墨进行氧化处理、羟乙基二乙烯三胺接枝改性，获得改性石墨，改性石墨既保留了石墨烯片层的结构，而且在表面接枝了有机分子链，能够促进石墨烯在涂
料中的均匀分散，且提高石墨烯与环氧树脂基体的作用力，使石墨烯持续、稳定发挥作用；片层状的石墨烯均匀分散，能够形成水分子、氯离子等小分子腐蚀介质难以通过的致密隔绝层，涂层的屏蔽性能大幅提升，此外，石墨烯还具有优良的导热性能，从而提高环氧树脂涂层的耐腐蚀和散热性能；
[0024]本专利技术不仅克服了石墨烯粉体分散不均匀、难以直接与涂料基质作用等问题，而且制备得到的水性环氧树脂涂料具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料，包括如下重量份原料：水性环氧树脂乳液38
‑
45份、改性石墨3
‑
4份、填料25
‑
29份、表面活性剂1.5
‑
1.9份、聚二甲基硅氧烷0.1
‑
0.2份、羟乙基纤维素0.2
‑
0.3份、去离子水20
‑
30份，其特征在于，所述改性石墨通过如下步骤制备：S1、将鳞片石墨、高锰酸钾和硝酸钠依次加入到水热反应釜中，然后倒入浓硫酸，盖上釜盖，将反应釜在2℃下冷藏80
‑
90min后，将其放置于80℃烘箱加热2h；取出反应釜冷却至室温，将产物倒入盛有去离子水的烧杯中稀释，然后滴加双氧水，静置24h得到下层沉淀，用稀盐酸溶液进行3次酸洗，再进行5次水洗，得到氧化石墨烯的浓溶液，离心，冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯；S2、将氧化石墨烯放入烧瓶中，向烧瓶加入去离子水，开启磁力搅拌，搅拌12h后，继续于30℃超声处理2h，之后向其中滴加羟乙基二乙烯三胺，加完后，继续于30℃超声处理2h，抽滤，并用去离子水洗涤3
‑
5次，最后置于60℃的真空干燥箱中烘干，得到改性石墨。2.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨的水性环氧树脂涂料，其特征在于，步骤S1中浓硫酸的质量分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启轩，
申请(专利权)人：安徽登王化工有限公司，
类型：发明
国别省市：