一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法，高度分散的石墨烯基材能够提高涂层的致密性，增加涂层与基底的接触面积，提高涂层粘附力，增强涂层韧性，使得涂层附着力增加。使得涂层附着力增加。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法


[0001]本专利技术涉及涂料
，特别是涉及一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法，所述涂料为水性氟碳涂料，并涉及其制备方法和涂装方法。

技术介绍

[0002]氟碳涂料是指成膜物质为氟碳树脂的涂料，氟碳树脂是以含氟烯烃，例如氟乙烯、偏二氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯等为基本单体进行聚合，或以其与其他单体进行共聚，抑或是侧链含氟碳化学键的单体自聚得到的，分子结构中含有较多氟碳键的聚合物的统称。由于氟原子自身电负性极大，且氟原子半径远大于氢原子，使得氟原子的原子间斥力很大，进而促使主链变形为螺旋结构。在碳链主链上的氟原子完整覆盖 C
‑
C 键，形成氟原子屏障，对 C
‑
C键起到了屏蔽性的保护作用。因此赋予了氟碳涂层优良的耐候性、耐溶剂性、耐高温和耐化学药品性，在建筑、电子电气、船舶、航空航天等众多领域得到了广泛的应用，尤其在重污染、强腐蚀的环境中展现了极其优异的防护性能。
[0003]水性氟碳树脂主要有水溶型、水分散型和乳液型三大类，其中水溶型氟碳树脂较为少见，目前制备水性氟碳树脂主要有以下几种方法：
⑴ꢀ
乳液聚合法即以含氟的乙烯基化合物进行自由基乳液聚合，或以含氟单体与不含氟单体进行共聚，得到水性氟碳树脂。乳液聚合是使用范围最为普遍的一种制备水性氟碳树脂的聚合方法。在聚合过程中，通过调节乳化剂的用量、聚合单体的种类和配比，又逐渐发展出了壳核乳液聚合和无皂乳液聚合法。
[0004]⑵ꢀ
悬浮聚合法悬浮聚合法是最早期制备水性氟碳树脂的聚合方法，是指溶有引发剂的单体以液滴的形式悬浮在水中的自由基聚合，目前已被乳液聚合法所取代。
[0005]⑶ꢀ“
后乳化法”即在有机溶液介质中首先合成得到含氟聚合物，而后加入乳化剂获得分散体，抑或是通过中和反应制得含氟聚合物的水分散体。不同于上述方法，此方法可通过非自由基聚合合成含氟聚合物，丰富了氟树脂的种类和功能，是目前使用最普遍的制备水性氟碳涂料的方法。
[0006]石墨烯是由 sp2杂化的类六元苯环单元沿着二维平面展开的蜂窝状晶体。石墨烯独特的结构使其拥有优异的力学性能、导电性、导热性和对小分子的隔绝性。石墨烯功能众多，在不同的领域应用到的性质不同，对石墨烯的品质和层数要求也不同。
[0007]相较于其他类型的纳米填料（TiO2、SiO2、纳米粘土等），石墨烯复合涂料的研究目前较少，但其潜力巨大。少量添加即能够在涂层中形成功能网络，阻止小分子的进入，提高涂层致密性；同时，从电化学的角度考虑，该类填料能够调节涂层电位，提高涂层热电性能，有时甚至能够抑制金属的电化学腐蚀，增强涂层的耐蚀性。
[0008]完整的石墨烯既不亲水，也不亲油，在片层间范德华力和 π
‑
π作用下易在涂料中团聚，不能充分发挥阻隔作用，还会导致涂层附着力变差。因此，提高石墨烯在防腐涂料中的分散性尤为重要。石墨烯在涂料中的分散方法主要有两种，物理法和化学法。物理法是将通过研磨、搅拌、超声等方法将石墨烯分散到涂料中。由于石墨烯自身的性质，物理法往往难以得到分散良好的石墨烯复合涂料。因此，通常以化学改性为主，物理分散为辅。氧化石墨烯和还原氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，继承了石墨烯大比表面积和二维结构等特点，兼具了低成本和防腐能力，并且其上的含氧官能团可以作为活性位点进行接枝改性。因此石墨烯的化学改性通常是基于氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。常用于改性的物质有硅烷偶联剂、胺类物质、天然小分子、有机聚合物等。
[0009]金属腐蚀是一种普遍存在的现象，腐蚀造成材料的使用寿命降低，严重的会造成安全事故。研究金属腐蚀的防护具有重大的应用价值。在金属表面涂覆有机涂层是一种简单有效的防腐方法。然而，传统的有机防腐涂层在固化的过程中，由于稀释剂的挥发而不可避免的出现空隙，或者在外力作用下容易脆裂形成缺陷。腐蚀介质可以通过这些空隙和缺陷到达金属表面，发生腐蚀。在涂料中加入填料可以弥补这些空隙和缺陷，达到提高涂料耐腐蚀性能的目的。

技术实现思路

[0010]基于现有技术中石墨烯分散存在的问题，以及石墨烯在涂料中无法均匀分散的问题，本专利技术提供了一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法，依次对氧化石墨烯进行氧化纯化
‑
还原纯化
‑
羟基化
‑
一次物理分散
‑
二次电化学分散，最终获得高分散石墨烯分散液，所述石墨烯分散液高度分散于溶剂中，作为氟碳涂料的填料，能够高度分散于涂料中，无明显团聚，进而显著提高基材的耐腐蚀性，对于石墨烯氟碳材料的制备有指导意义，具体如下：一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法，如下制备步骤：(1)将去离子水、石墨烯填料溶液、水性氟碳乳液、成膜助剂按质量比例混合，高速搅拌均匀，转速600
‑
1000rpm，时间30
‑
60min；（2）加入剩余助剂、高速搅拌分散均匀，转速800
‑
1000rpm，时间20
‑
40min；；（3）用砂磨机研磨，过滤至细度≤50μm，包装即可。
[0011]一种改性石墨烯水性防腐涂料包括如下质量份数的组分：水性氟碳乳液45～70份，去离子水10～15份，石墨烯填料溶液10~15份，分散剂0.2～0.5份，杀菌剂0.1～0.5份，成膜助剂5
‑
10份，聚氨酯类缔合型增稠剂1.2～2.5份，消泡剂0.1～0.3份，流平剂0.4
‑
1.5份；所述氟碳乳液为有机氟改性丙烯酸共聚物，乳白色半透明液体，固含量35
±
2，pH8.5
‑
9.5；其中所述石墨烯填料溶液的制备过程如下：（1）实验室制备或者购买市售氧化石墨烯材料；（2）石墨烯氧化纯化处理：将步骤（1）的氧化石墨烯材料置于管式加热炉中，管式炉内部气氛为空气，升至200
‑
240℃，然后恒温维持2
‑
3h，自然冷却至100
‑
120℃；（3）石墨烯还原纯化处理：切换管式炉内部气氛为3vol.%H2/N2，升至700
‑
800℃，然后恒温维持4
‑
6h，自然冷却至室温，取出；（4）石墨烯羟基化处理：将步骤（3）制备获得的石墨烯加入到双氧水和硫酸的混合液中，温度为30
‑
35min，磁力搅拌15
‑
20min，然后加热至95
‑
100℃，冷却回流5
‑
10min，磁力
搅拌冷却至室温，获得羟基化石墨烯分散液；（5）石墨烯一次分散处理；向步骤（4）制备获得的羟基化石墨烯分散液中加入氢氧化钠调节pH值，月桂醇聚氧乙烯醚、GP330甘油聚醚和乙二醇，常温下充分搅拌3
‑
5min，然后加入柳酸异丙酯，继续搅拌7
‑
8min，获得石墨烯一次分散液；（6）石墨烯二次分散处理，获得高分散石墨烯涂料填料：常温条件下，将石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯水性氟碳涂料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将去离子水、石墨烯填料溶液、水性氟碳乳液、成膜助剂按质量比例混合，高速搅拌均匀，转速600
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1000rpm，时间30
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60min；（2）加入剩余助剂、高速搅拌分散均匀，转速800
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1000rpm，时间20
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40min；；（3）用砂磨机研磨，过滤至细度≤50μm，包装即可；其中所述石墨烯填料溶液的制备过程如下：（1）实验室制备或者购买市售氧化石墨烯材料；（2）石墨烯氧化纯化处理：将步骤（1）的氧化石墨烯材料置于管式加热炉中，管式炉内部气氛为空气，升至200
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240℃，然后恒温维持2
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3h，自然冷却至100
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120℃；（3）石墨烯还原纯化处理：切换管式炉内部气氛为3vol.%H2/N2，升至700
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800℃，然后恒温维持4
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6h，自然冷却至室温，取出；（4）石墨烯羟基化处理：将步骤（3）制备获得的石墨烯加入到双氧水和硫酸的混合液中，温度为30
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35min，磁力搅拌15
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20min，然后加热至95
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100℃，冷却回流5
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10min，磁力搅拌冷却至室温，获得羟基化石墨烯分散液；（5）石墨烯一次分散处理；向步骤（4）制备获得的羟基化石墨烯分散液中加入氢氧化钠调节pH值，月桂醇聚氧乙烯醚、GP330甘油聚醚和乙二醇，常温下充分搅拌3
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5min，然后加入柳酸异...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕海滨，
申请(专利权)人：吕海滨，
类型：发明
国别省市：