【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属防腐蚀涂料制备，特别涉及一种自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法及其应用。主要用于钢片表面抗腐蚀。
技术介绍
1、金属作为重要的工程材料被应用到工业生产和生活中，金属腐蚀的危害和损失成为关注的焦点，涂层防腐对于金属的腐蚀是目前应用最为频繁、性价比最高的一种金属防腐方法。根据成膜机理的不同，防腐涂料可分为丙烯酸类、聚氨酯类、无机富锌类和环氧防腐涂料。水性环氧树脂因其适应性强、环境友好、成本低廉等优点被广泛用于防腐领域，但是单一的水性环氧树脂硬度低、耐久性差、防腐效果不好，不适用于防腐、耐磨性要求较高的场所。
2、碳量子点是一种零维碳纳米材料，具有良好的水溶性、化学稳定性、无毒特性，通常被作为缓蚀剂来抑制金属腐蚀，普通碳量子点强度和硬度低，易被氧化，通过掺杂离子可以改变碳量子点的结构，有效提高其抗氧化的能力；它们在水性环氧树脂涂料中具有良好的相容性，可以有效地消除溶剂蒸发过程中产生的缺陷。其次，掺杂的离子进入碳量子点晶格中，改变能带结构和表面性质，碳量子点与聚合物链之间形成的 c==o–nh共价键、官能团之间形成的氢键以及cqds21的范德华力增强了树脂的柔韧性。但是，目前碳量子点的制备及掺杂方法大多需要有机溶剂作为原料，这不仅增加了制备成本，也存在一定的安全隐患。而且碳量子点的制备时间长、产量低。因此，现有方法需要进一步改进和完善，亟需开发一种低毒安全、产量高的碳量子点制备方法。但是仅掺杂进普通杂原子技术已经饱和如n,s掺杂体系，而本专利将金属cu掺杂不仅具有杂原子本身具备的强化能力，
3、本专利通过使用低毒、安全的原料制备自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料。在水性环氧树脂中加入自分散氮铜修饰的碳量子点，可有效增强涂料的防腐性能和抗冲击性能。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法及其应用，采用自分散氮铜修饰碳量子点的水性环氧树脂涂料进行钢片表面防腐处理，解决水性环氧树脂导电性差、分散性不好的问题。另外，抗拉伸强度明显提高，硬度也显著提升。
2、本专利技术旨在采用自分散氮铜修饰的碳量子点增强水性环氧树脂的防腐性能，提高碳量子点导电性的同时，改善其在水性环氧树脂中的分散性，大大增强水性环氧树脂的抗腐蚀能力。
3、本专利技术的技术解决方案是：自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括:
4、步骤1：自分散氮铜修饰碳量子点的制备；将柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、硝酸铜超声5－15 min，均匀分散在去离子水和无水乙醇中，搅拌10 min使其完全分散，将混合液倒入聚四氟乙烯反应釜中，放于180℃烘箱反应10h，进行水浴加热；
5、步骤2：自分散氮铜修饰碳量子点粉末的制备；将步骤1制备的氮铜碳量子点溶液离心15 min，将上清液利用0.22μm膜过滤；为了去除非反应性分子，采用透析袋（截分子量3.0 kda）纯化制备的溶液24 h，每隔3 h换一次去离子水，然后进行冷冻干燥，得到黑色固体的氮铜修饰碳量子点n,cu-cqds，利用研钵研磨成黑色固体粉末；
6、步骤3：自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备；将步骤2得到的黑色固体粉末n,cu-cqds，将其加入到一定比例混合的水性环氧树脂和固化剂中，充分搅拌20 min，制备得到氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料。
7、上述方案中，还包括：
8、所述步骤1中的氮铜碳量子点的合成方法包括：
9、步骤1-1：将碳源柠檬酸、氮源乙二胺四乙酸二钠和铜源硝酸铜溶于去离子水与无水乙醇中，充分搅拌使碳源、氮源和铜源混合均匀，获得前驱体溶液。
10、步骤1-2：将步骤1-1所得的前驱体溶液移至高压反应釜内，置于烘箱中，在高温高压下进行水热反应。
11、步骤1-3：待反应结束后，将水热产物取出，依次经过离心、抽滤、蒸发浓缩、干燥，利用研钵研磨得到氮铜修饰的碳量子点粉末。
12、所述步骤1-1中的碳源柠檬酸可以用4-氨基水杨酸替代，氮源乙二胺四乙酸二钠可以用尿素替代，铜源硝酸铜可以用硫酸铜替代。
13、所述步骤1-1中的碳源和氮源和铜源的质量比为3:4:1。
14、所述步骤1-2中的水热反应的温度范围为180-200℃，反应时间约为8-12 h。
15、所述超声时间为15 min。
16、所述步骤3中，真空干燥处理的温度为70-75℃，干燥时间为7-8 h；所述溶剂为去离子水和无水乙醇，且加入水性环氧树脂和固化剂和氮铜修饰碳量子点的质量比为100:85:（0.5~1.5）
17、所述金属防腐涂层的制备；将步骤3中得到的自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料均匀涂覆于q235钢表面，室温固化48h，得到复合防腐涂层。
18、本专利技术优点是：1、eis（电化学交流阻抗普）结果表明，1% n,cu-cqds/wep涂层对q235钢具有较好的耐蚀性，涂层对钢板的缓蚀率达到96.9%。sem（扫描电镜）和xps（x射线光电子能谱）结果表明，n,cu-cqds/wep涂层吸附在钢表面，形成稳定的保护层，有效防止钢板与腐蚀元素之间的相互作用。2、碳量子点的引入不仅可以增加水性环氧树脂的交联密度，而且还具有通过金属配位粘附于钢板表面的能力，形成保护膜，纳米级的cqds可以填补涂层缺陷。3、通过碳量子点改性环氧涂层和氮铜修饰碳量子点改性环氧树脂涂层的阻抗谱图，经拟合，碳量子点改性环氧树脂涂层和氮铜修饰碳量子点改性环氧树脂涂层的电荷转移电阻分别为1.5×105ω和2.1×1011ω，表明含氮铜碳量子改性的防腐涂层的电导率显著提高，这有利于提升涂层整体的防腐性能。4、通过碳量子点水性环氧树脂的扫描电镜图、氮铜修饰碳量子点改性水性环氧树脂的扫描电镜图，整体上看，氮铜修饰碳量子点的尺寸(73.4μm)比纯碳量子点的尺寸(125.9μm)小，大小分布更加均匀，氮铜修饰碳量子点在溶剂中的分散性优异，高速离心不分层。
19、下面将结合实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。
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1.自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的氮铜碳量子点的合成方法包括：
3.根据权利要求2所述的自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-1中的碳源柠檬酸可以用4-氨基水杨酸替代，氮源乙二胺四乙酸二钠可以用尿素替代，铜源硝酸铜可以用硫酸铜替代。
4.根据权利要求2或3所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-1中的碳源和氮源和铜源的质量比为3:4:1。
5.根据权利要求2所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-2中的水热反应的温度范围为180-200℃，反应时间约为8-12 h。
6.根据权利要求1所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：超声时间为15 min。
7.根据权利要求1所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，
8.根据权利要求1所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：金属防腐涂层的制备；将步骤3中得到的自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料均匀涂覆于Q235钢表面，室温固化48h，得到复合防腐涂层。
...【技术特征摘要】
1.自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的氮铜碳量子点的合成方法包括：
3.根据权利要求2所述的自分散氮铜修饰碳量子点水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-1中的碳源柠檬酸可以用4-氨基水杨酸替代，氮源乙二胺四乙酸二钠可以用尿素替代，铜源硝酸铜可以用硫酸铜替代。
4.根据权利要求2或3所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-1中的碳源和氮源和铜源的质量比为3:4:1。
5.根据权利要求2所述的自分散氮铜修饰碳量子点环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-2中...
【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，张兰河，张博，张铎，潘有华，王柱，胥冬洋，王雷，安首同，王俊宇，张成林，王森，张维隆，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司通化供电公司，
类型：发明
国别省市：
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