氧化石墨烯改性水性環氧防腐漆的製作方法

2023-05-23 07:40:51 4

本發明涉及的是一種化工水性塗料領域的技術，具體是一種氧化石墨烯改性水性環氧防腐漆。

背景技術：

石墨烯是一種單原子層的石墨，由碳原子以sp2雜化連接構成。這種二維材料表現出許多優異的物理化學性質，如高強度，高載流子遷移率和高導熱係數等而成為許多領域的研究熱點之一。石墨烯經過氧化處理之後得到氧化石墨烯。由於在氧化過程中在片層上引入羧基，羥基，環氧基等具有活性的官能團，不僅能較石墨烯更好的保持單層結構，並且這些官能團具有活性，可以與其他基團發生反應從而達到改性的目的。氧化石墨烯片層能在塗層中形成物理阻隔，其片層厚度只有1納米左右，因而相比傳統的防腐填料形成的保護層更加緻密，更有效的提高防腐性，同時力學性能也有極大的提升。氧化石墨烯也具有兩親性，易在水相中均勻分散，因此更適水性塗料進行改性。

技術實現要素：

本發明針對現有技術所採用的氧化石墨烯尺寸無法達到要求，以及氧化石墨烯並不是完全單層，或是單層氧化石墨烯在通常水性塗料助劑的作用下極易團聚，降低或失去屏蔽效果，同時還可能造成塗層溼附著力下降不利的影響等缺陷，提出一種氧化石墨烯改性水性環氧防腐漆，可以顯著提高抗衝擊性能以及防腐性能，同時保持塗層的附著力最優，硬度達到4H，滿足塗層力學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種氧化石墨烯改性水性環氧防腐漆，由含有用於改性塗料的單層氧化石墨烯、水性環氧樹脂、防鏽顏料、填料以及助劑的水性環氧樹脂複合配方以及水性環氧樹脂固化劑組成。

所述的單層氧化石墨烯為片狀結構，厚度為0.8-1.2nm，層內為碳原子sp2雜化軌道組成的六邊形結構，該單層氧化石墨烯通過與其他液態組分混合從而實現對塗料的改性。

所述助劑包括：偶聯劑、潤溼分散劑、防閃鏽劑、消泡劑、增稠劑以及流平劑。

所述的水性環氧樹脂固化劑的用量為水性環氧樹脂複合配方質量份數的0.12-0.24倍；該水性環氧樹脂固化劑優選採用經親水性基團改性的聚醯胺樹脂、改性多元胺樹脂及腰果油改性脂肪胺樹脂中的一種或多種的組合。

所述的潤溼分散劑優選採用聚羧酸鈉鹽。

所述的填料優選採用硫酸鋇、滑石粉、矽灰石粉、雲母粉、碳酸鈣粉或長石粉中的一種或其混合，進一步優選為矽灰石粉和雲母粉的混合。

所述的防鏽顏料優選採用氧化鐵紅、磷酸鹽或多聚磷酸鹽中的一種或其混合，進一步優選為多聚磷酸鋁和多聚磷酸鈣的混合。

所述的防閃鏽劑優選採用有機鋅絡合物。

所述的消泡劑優選採用聚醚改性矽氧烷。

所述的流平劑優選採用疏水改性聚氨酯或聚醚改性聚二甲基矽氧烷中的一種或幾種的混合物。

所述的增稠劑優選採用氣相二氧化矽或疏水改性聚氨酯中的一種或幾種的混合物。

所述的偶聯劑優選採用環氧基矽烷或甲基丙烯醯氧基官能團矽烷。

所述的水性環氧樹脂複合配方的組分及其質量份數為：偶聯劑0.1-1份、潤溼分散劑0.1-2份、填料10-52份、防鏽顏料8-28份、防閃鏽劑0.1-1份、消泡劑0.1-0.5份、增稠劑0.1-0.8份、流平劑0.1-1.0份、單層氧化石墨烯0.02-1份、水性環氧樹脂30-55份以及單層氧化石墨烯，其中：單層氧化石墨烯的用量佔水性環氧樹脂複合配方總質量的0.02-1.0％。

本發明涉及上述防腐漆的製備方法，包括以下步驟：

步驟一：將單層氧化石墨烯分散於去離子水中；

步驟二：將水性環氧樹脂複合配方機械攪拌分散均勻；

步驟三：將分散後的水性環氧樹脂複合配方與水性環氧樹脂固化劑混合，完成防腐漆製備。

所述的去離子水的用量優選為水性環氧樹脂複合配方中的對應12-24重量份。

所述的單層氧化石墨烯，採用氧化石墨烯的漿料或粉末中加入去離子水，超聲並攪拌分散20分鐘實現分散。

所述的機械攪拌，通過高速攪拌分散至細度小於30μm。

技術效果

與現有技術相比，本發明採用的氧化石墨烯為單層氧化石墨烯，厚度為0.8-1.2nm，且容易在水中分散，工藝簡單，分散時間短；容易填充到水性塗料中；石墨烯為水分散的單層納米結構的氧化石墨烯，單層率≥99％，在塗料中可以納米級均勻分布於塗層中，在塗層中形成層疊排列，阻隔水汽進入，同時，與現有石墨烯塗料技術中的氧化石墨烯相比，本發明使用的氧化石墨烯水溶液pH為7～9，減少了氧化石墨烯本身pH對水性環氧塗料存儲穩定性的影響。本發明中的水性環氧防腐塗料經過氧化石墨烯的改性，使得塗料塗層的耐腐蝕性能和耐衝擊性能顯著提高，在限定的石墨烯使用量內，水性環氧塗層耐腐蝕性能隨著氧化石墨烯用量的增加而增加。同時能保持其他力學性能如附著力，硬度，柔韌性等最優。

附圖說明

圖1為實施例中單層氧化石墨烯AFM圖；

圖中：a為電子顯微鏡示意圖；b為單層氧化石墨烯厚度分布圖；

圖2為實施例中不同氧化石墨烯添加量對塗層附著力，柔韌性，硬度和抗衝擊強度劑防腐性能的數值示意圖；

圖3為實施例中不同氧化石墨烯添加量對抗衝擊強度及防腐性能影響的趨勢示意圖。

具體實施方式

以下實施例涉及製備上述化石墨烯改性水性環氧防腐漆的方法，具體包括以下步驟：

步驟一：將單層氧化石墨烯分散於去離子水中：在氧化石墨烯的漿料或粉末中加入去離子水，超聲並攪拌分散20分鐘。

步驟二：將水性環氧樹脂複合配方按比例混合併高速攪拌分散至細度小於30μm。

步驟三：將分散好的水性環氧樹脂複合配方與水性環氧樹脂固化劑混合併在4小時內用完。

本實施例中的水性環氧樹脂複合配方由以下重量份數的原料組成：偶聯劑0.2份、潤溼分散劑0.3份、填料33份(其中矽灰石粉佔18份、雲母粉佔3份、硫酸鋇佔12份)、防鏽顏料10份、防閃鏽劑0.3份、消泡劑0.3份、增稠劑0.3份、流平劑0.3份、水性環氧樹脂45份以及單層氧化石墨烯，其中：單層氧化石墨烯的用量佔水性環氧樹脂複合配方總質量的0.02-1.0％。

所述的水性環氧樹脂固化劑的用量為上述水性環氧樹脂複合配方質量份數的0.12-0.24倍。

如圖1所示，為本發明使用的氧化石墨烯的AFM圖，圖中所示可知本發明中所使用的氧化石墨烯為厚度在1nm左右的單層氧化石墨烯。

進一步地，所述的氧化石墨烯的添加量如下所示：

如表1所示，為上述5組實施例的氧化石墨烯添加量對塗層附著力，柔韌性，硬度和抗衝擊強度劑防腐性能的數值示意圖，如表可見，隨著氧化石墨烯添加量的增加，塗層的柔韌性能增強，附著力和硬度保持較好水平。

如圖2所示，為上述5組實施例的氧化石墨烯添加量對塗層抗衝擊強度及防腐性能影響的趨勢示意圖，如圖可見，隨著氧化石墨烯添加量的增加，塗層的抗衝擊性能增強，塗層耐中性鹽霧性能增強。氧化石墨烯合理的分散，有助於彌補塗層中細微的缺陷(如針孔，隙縫)，提高塗層中的水汽屏蔽性能，在中性鹽霧環境下，提高了塗層的耐腐蝕性能。

如圖3所示，為添加石墨烯後的實施例1水性環氧塗層在中性鹽霧環境下，與未添加石墨烯的對比例水性環氧塗層的腐蝕對比照片，如圖可見，隨著氧化石墨烯的加入，塗層具有了較好的水汽阻隔效應，延緩了離子及水汽進入底材產生腐蝕的時間，提高了水性環氧防腐塗料的防腐蝕性能。

上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調整，本發明的保護範圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其範圍內的各個實現方案均受本發明之約束。