[发明专利]一种静电辅助石墨烯插层包覆钛纳米聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及聚合物制备领域，更具体地说，涉及一种静电辅助石墨烯插层包覆钛纳米聚合物的制备方法。

背景技术

目前高性能耐酸、碱、盐重防腐涂料的两大热门产品分别是添加了石墨烯或者钛合金、钛纳米聚合物的环氧涂料为主，利用石墨烯的单片层结构对涂层的致密性加以改善或利用石墨烯的超强导电性降低涂层的电导率，从而减少锌粉在涂料中的添加量。

石墨烯制备困难，目前存在的方法主要有：外延生长、气相沉积、机械剥离、氧化还原等方法，制备工艺复杂，产量微小，成本高，不利于规模化应用，加之制备的石墨烯不论多层还是单层结构，后期再分散到涂料中均属不易，极易团聚，利用石墨烯的层叠提高涂层的致密性效果往往大打折扣。石墨烯游离于高分子材料中，充当填料的角色，对涂层整体机械性能等提升有限。

钛纳米聚合物，是利用高能机械球磨，采用特定的配方及工艺使金属钛或者钛合金粉末细化，细化的同时与高分子的羟基、环氧基、氨基等形成化学交联达到一个网络组织，这样可以利用纳米网络结构提高涂层的致密性，又可以利用有机无机杂化的聚合和结构提高涂层的机械强度，从而大幅提高涂层耐酸碱盐的特性，然而，目前的钛纳米聚合物制备均需采用真空或惰性气体保护下密闭反应，反应时间一般为6小时，单机产量不高，另钛纳米聚合物在破碎过程中，纳米级的钛表面积可以达到20m²以上，现有的技术采用环氧树脂或丙烯酸树脂对钛纳米表面进行键合，因为这些树脂的分子量较大，分子链较长，位阻较大，官能团数量有限，无法做到完全与纳米级的钛表面进行交联接枝，更多的钛纳米只是游离于高分子材料中而充当细小填料的作用，使效果大打折扣，并且游离的钛具有导电性，电极电位比铁高，当涂层出现异常破损时，极易发生大阴极小阳极的电偶腐蚀，使腐蚀加剧。

现有的石墨烯改性钛纳米聚合物分为两步法，先制备出石墨烯分散液，再制备出钛纳米浆料，两者复合而得石墨烯改性钛纳米聚合物，这种物理上的混合，很难将石墨烯薄片层结构真正的穿插于钛纳米聚合物间隙中，起到的作用有限。

发明内容

针对现有技术中存在的物理混合难以将石墨烯薄片层结构真正的穿插于钛纳米聚合物间隙中问题，本发明提供了一种静电辅助石墨烯插层包覆钛纳米聚合物，它可以实现石墨烯插层包覆钛纳米聚合物网络间隙中，可大幅提高与钢铁基、混凝土基材表面形成牢固的共价键合与分子键合，大幅提高涂层附着力及湿膜附着力，大大提高涂层综合性能，同时减少游离的纳米颗粒含量，避免在涂层发生异常破损时发生使腐蚀加剧的电偶腐蚀。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种静电辅助石墨烯插层包覆钛纳米聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将石墨粉与钛粉按一定质量比例静电混合；

S2.将S1中混合好的粉体材料与环氧树脂E44、低分子聚硅氧烷、DPM-30、带环氧基硅氧烷、溶剂按质量比例为(53-80)：(10-20)：(5-10)：(1-3)：(1-3)：(3-8)投入不锈钢反应釜，往釜内加入总计12KG高硬不锈钢珠，密封好后将釜置于行星球磨机固定，开启反应釜，反应釜公转转速200-300rpm；

S3.将反应釜转速提高至400rpmr以上，维持该转速2-3h；

S4.将反应釜转速降低至300rpm以下，在0.5-1.0小时内降低温度至40℃-50℃，停止搅拌即完成石墨烯插层包覆钛纳米聚合物浆料的制备。

更进一步的，所述步骤S1中石墨粉粒度为200-500目，钛粉粒度为1000-5000目。

更进一步的，所述步骤S1中石墨粉与钛粉的质量比例为(3-5)：(50-75)。

更进一步的，所述步骤S2中不锈钢钢珠直径分别为其重量比为3：2：3。

更进一步的，所述步骤S2中反应釜中反应温度为50℃-60℃，反应釜运行时间5-10min。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明方法中石墨的加入，可以有效包覆钛纳米颗粒，未进行包覆的石墨烯将插层分布于钛纳米聚合物网络中，进一步提高纳米聚合物网络的致密性；

(2)本发明方法中DMP-30的加入，有效促使环氧基开环，迅速与钛纳米表面进行接枝改性，提高了反应效率，节省了制备时间；

(3)本发明方法中低分子聚硅氧烷树脂和带环氧基硅烷偶联剂，提供充分进行钛纳米颗粒表面接枝聚合的功能基团，大幅减少游离的钛金属颗粒的含量，降低最终涂层微小损伤后的腐蚀失效风险，同时大幅提高耐热性及耐溶剂性；