一种改性环氧阴极电泳漆及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性环氧阴极电泳漆及制备方法。本发明专利技术方法首先将氧化石墨粉末加入强碱性水溶液中，制备得到还原氧化石墨；然后将还原氧化石墨烯和分散剂加入溶剂中，利用高剪切设备搅拌均匀，配置成还原氧化石墨烯分散液；再将石墨烯纳米片加入还原氧化石墨烯分散液中，利用高剪切设备搅拌均匀，得到石墨烯分散液；最后将石墨烯分散液与阴极环氧树脂电泳漆混合均匀，得到改性环氧阴极电泳漆。制备的改性环氧阴极电泳漆pH值为5.4～6.2，电导率为1000～2000μS/cm。本发明专利技术采用还原氧化石墨烯与石墨烯纳米片的混合物，有更多活泼的羟基和羧基，能与环氧树脂固化剂中的氨基形成化学键，使涂层表面更加致密，增强电泳漆的硬度。增强电泳漆的硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种改性环氧阴极电泳漆及制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面涂层
，具体涉及一种改性环氧阴极电泳漆及制备方法。

技术介绍

[0002]目前，对金属产品的外包装、保护壳有了更多的要求，不再仅仅局限于美观和基础的防护。金属产品由于长期使用性，其外包装或外表面与硬物接触，容易造成刮花磨损，一方面破坏了表面的美观性，另一方面会由于内部金属暴露而被腐蚀破坏，影响其使用寿命。环氧树脂作为涂层材料，广泛用于金属产品外表面保护。不同的改性环氧树脂涂层对金属产品的外包装及保护壳可以起到不同的防护和修饰作用。
[0003]电泳涂装是如今金属表面处理中的一类，因为电泳涂装所使用的阴极环氧树脂涂料具有良好的防腐蚀性、环境友好、稳定等优点且阴极电泳涂装生产过程自动化程度高，使其在汽车工业等作为底漆有着广泛应用。电泳涂装采用水性环氧树脂，是一种环境友好型的有机涂料，且在生产过程中没有溶剂排放等问题，从根本上减少废料产生。随着科学技术的发展，阴极电泳涂料已经漫及到家用电器、玩具、仪表、军工、建材等诸多行业，其应用也不再局限于材料的防腐蚀功能。也因其高泳透力、强耐碱、定向易操作等特点，成为了电力、电子、通讯等行业设备器件外表面涂装的主要方式之一。使用电泳涂装技术可减少目前空气中的VOC排放，总废物，能源消耗，从而减少二氧化碳排放。
[0004]经电泳涂装后形成的环氧树脂漆面通常比较坚韧，耐化学品性优、耐腐蚀性强，适用于底漆，但缺点是硬而脆，导致这类产品普遍存在柔韧性不佳、光泽度不高等缺陷。而丙烯酸阴极电泳漆具有优异的保光、耐候、耐紫外线老化、高装饰等性能，广泛用于底面合一电泳涂装，但存在耐热性差、耐磨性差等缺点。脂肪族异氰酸酯制备的聚氨酯阴极电泳漆在日光照射下，不会变色、发黄及老化，具有高硬度、透明度、良好的耐化学性和耐紫外光性。此外，聚氨酯阴极电泳涂料还能消除丝状腐蚀和疤痕腐蚀对涂层外观装饰性的影响。电泳涂膜的良好平展性赋予涂层较高的丰满度。但是由于严格的工艺条件，施工中易出现花斑、水痕、涂膜粗糙、针孔及锁边等弊病。
[0005]随着电泳涂料技术的不断发展和进步，对涂层的性能提出了更高的要求。但是目前电泳涂层仍存在力学强度差、化学性质不稳定和热传导性差等问题。因此，很多研究者有意识得将石墨烯的各项性能的优异性运用到有机涂层中(参考：WO2019/020999)，期待将石墨烯能与环氧树脂等有机材料复合得到功能性涂层。但其实际应用范围仍然相对较窄，主要原因在于实际石墨烯的应用与理论研究存在很大的差距，尤其是在纳米涂料
因此，借助石墨烯专利技术一种机械强度高、导热性能好的电泳涂料，既能对电动汽车进行传热，又具有良好的机械强度，在环保材料制备
具有积极意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是提供一种改性环氧阴极电泳漆的制备方法。
[0007]步骤(1)将氧化石墨粉末GO加入强碱性水溶液中，40～95℃反应1～6小时，还原成边缘保留羟基、羧基的还原氧化石墨；超声1～3小时后调节pH值5.0～7.0，离心后取底部物质，得到还原氧化石墨烯rGO。
[0008]所述的氧化石墨烯GO的横向尺寸0.5～5.0μm，厚度1～3nm。
[0009]所述的强碱为NaOH、KOH、氨水、水合肼中的一种，强碱用量相对于氧化石墨粉末GO为过量添加。
[0010]所述的离心时间10～60分钟，转速为4000～6000转/小时。
[0011]得到的还原氧化石墨烯rGO的横向尺寸0.3～1.0μm，层数小于等于5层，氧含量小于10％。
[0012]步骤(2)将还原氧化石墨烯rGO和分散剂加入溶剂中，常温下利用高剪切设备搅拌均匀，配置成还原氧化石墨烯分散液，搅拌时间4～6小时，转速为5000～10000转/小时。
[0013]所述的溶剂为乙二醇丁醚BCS、甲基异丁基酮MIBK、乙二醇叔丁醚ETB中的一种，每升溶剂加入1.0～10.0g还原氧化石墨烯rGO。
[0014]所述的分散剂为阳离子高分子表面活性剂，每克还原氧化石墨烯rGO加入0.005～0.05g分散剂。
[0015]搅拌前，还可加入稳定剂，每克还原氧化石墨烯rGO加入0.005～0.05g稳定剂；所述的稳定剂为聚乙烯醇PVA或聚乙烯吡咯烷酮PVP。
[0016]步骤(3)将石墨烯纳米片GNP加入还原氧化石墨烯分散液中，常温下利用高剪切设备搅拌均匀，得到石墨烯分散液，搅拌时间6～8小时，转速为5000～10000转/小时。
[0017]石墨烯分散液体系中石墨烯纳米片GNP与还原氧化石墨烯rGO的质量比为1～10:1。所述的石墨烯纳米片的横向尺寸0.5～1.5μm，层数11～100层，氧含量小于5％。经高剪切设备搅拌后，石墨烯纳米片GNP进一步被剥离，石墨烯纳米片GNP的层数减少，部分石墨烯纳米片GNP转化为层数小于等于10层的少层石墨烯FLG，FLG/GNP均匀分散，且在空间静电斥力的作用下无团聚。石墨烯层数越少则柔韧性越好、强度越高。
[0018]每升溶剂中加入的还原氧化石墨烯rGO和石墨烯纳米片GNP的总质量为5～50g。
[0019]步骤(4)将石墨烯分散液与阴极环氧树脂电泳漆混合均匀，得到改性环氧阴极电泳漆。阴极环氧树脂电泳漆与石墨烯分散液的质量比为50～1000:1；优选为100～500:1。
[0020]所述的阴极环氧树脂电泳漆的组分包括环氧树脂乳液、色浆和水。
[0021]本专利技术的另一个目的是提供按照上述方法制备得到的改性环氧阴极电泳漆，pH值为5.4～6.2，电导率为1000～2000μS/cm。
[0022]本专利技术采用还原氧化石墨烯rGO与石墨烯纳米片GNP的混合物代替单纯GNP使用，相比GNP,rGO上有更多活泼的羟基和羧基，能与环氧树脂固化剂中的氨基形成化学键。采用rGO和GNP的混合分散液增强电泳漆的硬度,通过rGO未被还原的羟基或羧基与环氧树脂电泳漆中固化剂的氨基部分发生化学键合，而环氧基团与GNP的边缘孤对电子形成共用电子对后成共价键结合，三者形成了紧密连接，在电场环境下一起沉积到金属表面。纳米级的石墨烯材料也能有效填补电泳漆涂层表面的孔隙，并通过三维化学交联rGO/环氧树脂/GNP复合涂层使涂层表面更加致密。本专利技术所采用的还原氧化石墨烯/环氧树脂/石墨烯纳米片电泳漆复合涂层，其硬度提高了10个数量级。
[0023]传统环氧树脂涂层比较硬、脆，本专利技术结合rGO/GNP的优势，基于其三者建立的3D
连接使得新的复合型涂层在原有性能的基础上更加柔软。在电泳涂装中，rGO并没有良好的导电性，所以很难直接运用到电泳漆中，但是在本专利技术中，通过rGO/环氧树脂/GNP形成的3D网状连接，在电场环境中，GNP的良性电导率将拉动它以复合物的模式移动，并且电场作用实现了GNP在金属表面上的面内定向。
具体实施方式
[0024]制备还原氧化石墨烯分散液：
[0025]实施例1.
[0026]首先将氧化石墨粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性环氧阴极电泳漆的制备方法，其特征在于：步骤(1)将氧化石墨粉末GO加入强碱性水溶液中，40～95℃反应1～6小时，还原成边缘保留羟基、羧基的还原氧化石墨；超声1～3小时后调节pH值5.0～7.0，离心后取底部物质，得到还原氧化石墨烯rGO；步骤(2)将还原氧化石墨烯rGO和分散剂加入溶剂中，常温下利用高剪切设备搅拌均匀，配置成还原氧化石墨烯分散液，搅拌时间4～6小时，转速为5000～10000转/小时；步骤(3)将石墨烯纳米片GNP加入还原氧化石墨烯分散液中，常温下利用高剪切设备搅拌均匀，得到石墨烯分散液，搅拌时间6～8小时，转速为5000～10000转/小时；步骤(4)将石墨烯分散液与阴极环氧树脂电泳漆混合均匀，得到改性环氧阴极电泳漆；阴极环氧树脂电泳漆与石墨烯分散液的质量比为50～1000:1。2.如权利要求1所述的一种改性环氧阴极电泳漆的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的氧化石墨烯GO的横向尺寸0.5～5.0μm，厚度1～3nm。3.如权利要求1所述的一种改性环氧阴极电泳漆的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的强碱为NaOH、KOH、氨水、水合肼中的一种，强碱用量相对于氧化石墨粉末GO为过量添加。4.如权利要求1所述的一种改性环氧阴极电泳漆的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，离心时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯登华，肖翡，刘诗卉，郝美娟，郭洪良，西瓦桑布，
申请(专利权)人：湖州市吴兴区核源金属新材研究院，
类型：发明
国别省市：