一种石墨烯改性防腐涂料、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯改性防腐涂料、其制备方法及其应用，涉及防腐涂料技术领域。本申请中的石墨烯改性防腐涂料包括质量比为1：0.1～0.2的第一组分和第二组分；按重量份计，第一组分包括以下成份：环氧树脂100份、硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯2～4份、纳米陶瓷粉体4～5份、消泡剂0.1～0.5份和流平剂0.5～1份；第二组分包括以下成份：胺类固化剂100～150份、消泡剂1～5份和流平剂5～10份。本申请中的防腐涂料使石墨烯平面在成膜载体中减少团聚现象并且促进其均匀分布，有效延长了水和氧气分子等腐蚀因子与受保护基体的接触路径，提高了涂料的防腐性能。提高了涂料的防腐性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性防腐涂料、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及防腐涂料领域，具体涉及一种石墨烯改性防腐涂料、其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]腐蚀是一种缓慢的化学或电化学过程，是指金属材料与氧气、水等作用而导致自身失效和破坏的自然现象。因金属腐蚀导致的桥梁坍塌、轮船失事和工场设备损坏等问题给人们的日常生活和生产带来了巨大的损失。
[0003]常用的金属防护技术主要有阴极保护、缓蚀剂防护、金属镀层和表面有机涂层等。其中表面有机涂层是最常用、最有效也是全球防腐花费中占比最高的一种防腐方式。因此通过研究金属腐蚀的机理，寻求有效的有机防腐涂层对金属加以防护以此来延缓金属腐蚀的速率，从而降低腐蚀带来的危害是一个热门而且非常必要的技术问题。
[0004]石墨烯是一种具有单层片状结构的二维材料，其厚度仅有一个原子直径大小(约0.35nm)，是一种倍受关注、有广泛应用前景的明星材料。单层无缺陷石墨烯涂层具有优异的屏蔽性能，能阻隔氧气、水分子等腐蚀因子到达金属基体表面，加之其优异的热、电学以及力学性能，如今已有许多关于将石墨烯应用于防腐涂层领域的研究。
[0005]石墨烯本身具有反应惰性且范德华力的相互作用会导致不可逆的聚积，使其难溶于水及常用的有机溶剂，更难与有机或无机材料复合，这是石墨烯作为填料应用于复合材料的最大阻碍，其次是无缺陷石墨烯制备难度大，难于工业大量生产应用。
[0006]而石墨烯的氧化物氧化石墨烯可以从石墨中大量制备获得，而且氧化石墨烯平面有大量亲水性官能团，具有良好的湿润性能和表面活性，从而使其能够在稀碱水和纯水中分散而形成稳定的胶状悬浮液；然而在制备复合有机材料过程中，氧化石墨烯仍旧会因极性基团作用和极大的比表面积而大量团聚、难于均匀分布到有机材料中，从而降低复合材料的性能。
[0007]因此，在利用石墨烯制备防腐涂料领域，如何将石墨烯材料均匀地分布于防腐涂料中以延长水和氧气分子等腐蚀因子与受保护基体的接触路径并减少聚积引发的电化学腐蚀反作用，从而提高涂料的防腐性能具有重要的意义。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术的第一目的在于提供一种石墨烯改性防腐涂料，该石墨烯改性防腐涂料利用硅烷偶联剂改性氧化石墨烯并用维生素C还原，硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯与成膜载体环氧树脂、填料纳米陶瓷粉体相互搭配能够有效减少石墨烯平面在环氧树脂中的团聚并提高其均匀分散效果，从而提高涂料的防腐性能。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]一种石墨烯改性防腐涂料，包括质量比为1：0.1～0.2的第一组分和第二组分；按重量份计，
[0011]第一组分包括以下成份：环氧树脂100份、硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯2～4份、纳米陶瓷粉体4～5份、消泡剂0.1～0.5份和流平剂0.5～1份；
[0012]第二组分包括以下成份：胺类固化剂100～150份、消泡剂1～5份和流平剂5～10份。
[0013]本专利技术提供的石墨烯改性防腐涂料，包含环氧树脂、硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯与纳米陶瓷粉体等组分，经过硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯具有极性基团和有机官能团，其中的有机官能团可以与环氧树脂发生偶联反应使石墨烯平面与环氧树脂中的大分子通过硅烷偶联剂的绳索作用紧密连接，进而有效促进了石墨烯平面在混合过程中的分离和均匀分布。硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯可以与纳米陶瓷粉体相互作用，并以弱的分子间作用力键合，使得硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯以及纳米陶瓷粉体在防腐涂料中能够分散均匀。此外，添加了纳米陶瓷粉体的涂料具有更好的力学性能以及阻挡孔隙提高防腐性能。
[0014]本专利技术中，所述的硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯由氧化石墨烯浆料、硅烷偶联剂和维生素C制备而成。
[0015]本专利技术提供的石墨烯改性防腐涂料，使用了硅烷偶联剂进行表面接枝改性并用维生素C进行还原的硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯，减小了氧化石墨烯平面极大的比表面积、增加了氧化石墨烯平面间π～π键的作用距离，可以有效阻隔氧化石墨烯平面之间的吸引团聚现象；硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯平面上存在未被硅烷偶联剂枝接改性的极性基团，极性基团间的吸引仍会导致石墨烯平面裸露部分的贴合，使用维生素C对硅烷偶联剂枝接后的氧化石墨烯进行还原，一方面减弱氧化石墨烯平面之间的团聚力、减少贴合从而促进石墨烯平面的分散，另一方面还原后的氧化石墨烯平面品质更好，对水和氧气分子等腐蚀因子有更强的阻隔性能，进一步提高涂料的防腐性能。
[0016]本专利技术中，所述的氧化石墨烯浆料与硅烷偶联剂的质量比为1：2～4。
[0017]由于硅烷偶联剂的有机官能团之间也会有弱偶联作用，所以硅烷偶联剂与氧化石墨烯浆料的配比非常关键，硅烷偶联剂过多会导致硅烷偶联剂的有机官能团聚积，可以形成内硅烷偶联剂、外氧化石墨烯平面的超大球状聚积体；硅烷偶联剂过少会导致氧化石墨烯平面的枝接数量不足，光秃平滑的氧化石墨烯平面会大量团聚，影响均匀分散效果。
[0018]本专利技术中，所述的硅烷偶联剂包括KH550和KH560中的一种或多种；
[0019]优选的，所述的硅烷偶联剂包括KH550和KH560，所述的KH550和KH560的质量比为1：4～6。
[0020]硅烷偶联剂KH560与环氧树脂都呈软酸性，而KH550呈弱碱性，会与环氧树脂发生缓慢的反应，减弱防腐涂料的保藏时间，但是硅烷偶联剂KH550和KH560以上述特定配比使用，两者活性基团反应生成的
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NH键可以与环氧树脂分子反应形成紧密的化学键，提高硅烷偶联剂作为绳索的连接效果。
[0021]本专利技术中，所述的纳米陶瓷粉体包括纳米碳化硅、纳米氧化铝和纳米氧化锆中的一种或多种。
[0022]纳米陶瓷粉体是一种体积小、密度大且性质稳定的材料，本专利技术使用纳米陶瓷粉体可以与硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯平面上未被还原的含氧极性基团、氧化石墨烯平面上的硅烷偶联剂的极性基团结合，一方面可以进一步屏蔽氧化石墨烯平面的极性基团
减少团聚，另一方面作为石墨烯平面的配重载体，有效促进由于硅烷偶联剂有机官能团聚积形成的内硅烷偶联剂、外氧化石墨烯平面的超大球状聚积体的解体；而在防腐涂料涂抹的使用过程中，纳米陶瓷材料配重载体的重力下沉作用，会使氧化石墨烯平面趋于稳定在水平方向，提高了氧化石墨烯平面延长水、氧气与受保护基体接触路径的利用效率，有效提高涂料的防腐性能。
[0023]优选的，所述的纳米陶瓷粉体包括纳米氧化铝和纳米氧化锆，所述纳米氧化铝和纳米氧化锆的质量比为1～3：1。
[0024]纳米氧化锆相比纳米氧化铝更加稳定而且密度更高，上述纳米氧化锆与纳米氧化铝的配比使得，防腐涂料中的氧化石墨烯不会因纳米氧化锆导致的氧化石墨烯平面过度沉积在涂料下层而影响防腐性能，也不会因纳米氧化铝导致配重载体效果差导致的氧化石墨烯平面团聚现象。
[0025]本专利技术中，所述的环氧树脂为聚醚改性环氧树脂和酚醛环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，包括质量比为1：0.1～0.2的第一组分和第二组分；按重量份计，第一组分包括以下成份：环氧树脂100份、硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯2～4份、纳米陶瓷粉体4～5份、消泡剂0.1～0.5份和流平剂0.5～1份；第二组分包括以下成份：胺类固化剂100～150份、消泡剂1～5份和流平剂5～10份。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂改性的还原氧化石墨烯由氧化石墨烯浆料、硅烷偶联剂和维生素C制备而成。3.根据权利要求2所述的石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，所述的氧化石墨烯浆料与硅烷偶联剂的质量比为1：2～4。4.根据权利要求3所述的石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂包括KH550和KH560中的一种或多种。5.根据权利要求1～4任一项所述的石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，所述的纳米陶瓷粉体包括纳米碳化硅、纳米氧化铝和纳米氧化锆中的一种或多种；优选的，所述的纳米陶瓷粉体包括纳米氧化铝和纳米氧化锆，所述纳米氧化铝和纳米氧化锆的质量比为1～3：1。6.根据权利要求1～4任一项所述的石墨烯改性防腐涂料，其特征在于，所述的环氧树脂为聚醚改性环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一中或多种。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖双，李琦，王瑛，张立君，冯彩霞，
申请(专利权)人：山东玉皇新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：