[发明专利]一种含石墨烯的水性环氧树脂乳液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含石墨烯的水性环氧树脂乳液及其制备方法，该水性环氧树脂乳液的具体制备步骤包括：聚乙二醇/石墨烯复合材料的制备、水性环氧树脂乳化剂的制备、水性环氧树脂乳液的制备。其中聚乙二醇/石墨烯复合材料是通过原位聚合法制备，使石墨烯能均匀分散并锚固在聚乙二醇基体中，在制备乳化剂时，聚乙二醇表面上的羟基在催化剂作用下与环氧树脂发生反应，实现聚乙二醇、石墨烯、环氧树脂三者间的连接，在制备乳液过程中，石墨烯随着乳化剂进入乳液中，解决了石墨烯在乳液中难分散和相容性差等问题，得到均匀分散含有石墨烯的水性环氧树脂乳液。本发明制备得到的含石墨烯的水性环氧树脂乳液具有离心、稀释和储存稳定性好，相对于传统的环氧树脂，成本较低、安全环保并且无毒；应用于防腐涂料中，防腐蚀性和附着力更强，抗冲击性好，易于施工。

技术领域

本发明属于环氧树脂水性涂料技术领域，具体涉及一种含石墨烯的水性环氧树脂乳液及其制备方法。

背景技术

环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，固化后收缩率小，硬度高，对碱及大部分溶剂稳定，是涂料行业消耗量较大的合成树脂品种之一。随着社会对环境保护意识的增强，涂料行业正在从传统的溶剂型涂料向水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料和光固化涂料等环保型涂料方向发展，常用的环氧树脂不溶于水只溶于有机溶剂，这使环氧树脂的应用受到了很大限制，也使水性环氧树脂获得应用与发展。现有水性环氧乳液防腐能力低，乳液稳定性差，干性慢、VOC含量高等缺点，这也限制其在防腐涂料中的应用。

聚乙二醇是由环氧乙烷与水或乙二醇逐步加成聚合而得到的一类分子量较低的水溶性聚醚，具有醚键多亲水性好，室温下能溶于水但不溶于非极性溶剂，常被用作非离子表面活性剂。其端羟基被酯基等疏水基团取代后表面活性能得到较大提高，此外常温常压下聚乙二醇为化学惰性物质，保证了其独特化学结构不轻易发生改变。利用聚乙二醇的优良特性与环氧树脂反应制备水性环氧树脂乳化剂，可避免在使用时漆膜表面乳化剂析出问题，并制得具有较好的稳定性的乳液。

石墨烯是一种由单层碳原子以sp²杂化轨道组成的二维蜂窝状晶格结构的新型碳纳米材料，其极大的比表面积以及在涂层中交替随机排列，可以有效延长腐蚀介质的扩散路径，增强涂层的屏蔽性能，作为添加剂还可以大幅提高涂层的抗腐蚀性能，但是其片层结构之间的强相互作用，导致石墨烯极易发生团聚，因而限制了其在涂料中的规模化应用。

目前，石墨烯改性的水性环氧树脂涂料大都采用水性环氧树脂乳液和石墨烯共混或者对石墨烯表面进行改性后再与水性环氧树脂乳液共混。中国专利号CN106085133A公开了一种新型水性环氧石墨烯防腐涂料，该水性防腐涂料为双组份防腐涂料，A组分为不含有任何助溶剂的水性环氧乳液和消泡剂组成；B组分为具有自乳化功能的水性环氧固化剂、石墨烯、磷酸锌、钛白粉、流平剂、水组成；A、B组分按照一定配比混合均匀后根据施工粘度在加水稀释，制得的水性环氧石墨烯防腐涂料只可用于喷涂，但不适用于刷涂。中国专利号CN106928810A公开了一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及制备方法和应用，所述涂料为双组份涂料，A组分包含水性环氧树脂乳液、聚吡咯@石墨烯复合助剂、分散剂、多磷酸盐、钛白粉、消泡剂、增稠剂、流平剂、微生物抑杀剂、去离子水；B组分是水性环氧固化剂；使用该涂料时，将A组分和B组分混合均匀，并涂覆于表面经过处理的基材表面，固化后制得涂层。

迄今为止，未见在制备水性环氧树脂乳液的起始合成阶段添加石墨烯的报道，这为石墨烯改性环氧树脂乳液开辟了一条新的路径。

发明内容

本发明的目的是采用原位聚合法制备聚乙二醇/石墨烯复合材料，使石墨烯能均匀分散并锚固在聚乙二醇基体中，在制备乳化剂时，聚乙二醇表面上的羟基在催化剂作用下与环氧树脂发生反应，实现聚乙二醇、石墨烯、环氧树脂三者间的连接，在制备乳液过程中，石墨烯随着乳化剂进入乳液中，解决了石墨烯在乳液中难分散和相容性差等问题，得到均匀分散含有石墨烯的水性环氧树脂乳液。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：