[发明专利]一种改性石墨烯环氧复合防腐涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性石墨烯环氧复合防腐涂料及其制备方法。本发明采用改善的Hummers法制得氧化石墨烯，之后在氧化石墨烯中加入改性剂进行功能化改性，反应的过程中添加水合肼制得改性石墨烯，将改性石墨烯与水性环氧树脂混合制得所述改性石墨烯环氧复合防腐涂料。本发明通过采用六亚甲基二异氰酸酯和聚异氰酸酯对石墨烯进行改性，成功制得的功能改性石墨烯在溶剂中的分散溶解性显著增强，解决了石墨烯易于团聚的问题；将改性后的石墨烯引入水性环氧树脂中，改善石墨烯在水性环氧树脂涂层中的均匀分散性，增强了石墨烯和EP链段之间的相互作用和相容性，并且有助于提高复合涂层耐腐蚀性。

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种改性石墨烯环氧复合防腐涂料及其制备方法。

背景技术

1909年，科学家Prileschajew发现了环氧型化合物的制备方法，为后续人们探究环氧树脂合成路线提供了重要的线索。环氧树脂被定义为不局限于只有一个环氧基团的低分子量预聚物，是一种热固型树脂，主要通过使用不同类型的固化剂参与固化反应所得，其性能主要由环氧树脂的种类和所使用固化剂的结合方式所决定。环氧树脂因其拥有较高的硬度、良好的抗化学和力学能力，且对许多基材粘附力高，热性能好等特点，目前广泛应用于纤维增强材料、通用粘合剂、封装材料和高性能防腐涂料等各种领域。其中，环氧树脂(EP)可以广泛应用于防腐涂层，原因是当把EP涂在金属表面后，一方面，使得金属拥有对腐蚀性物质的阻隔能力，另一方面，使得金属表面化学性质不活波，从而起到电化学防护的作用，这也是EP在防腐涂料范畴能够成为热门研究的重要原因。

石墨烯因其片层结构，高的比表面积，优异的机械强度，以及对O2、水和腐蚀性离子的阻隔性等优异的固有特性而受到广泛关注。然而，石墨烯结构与天然石墨粉末相同，碳层上没有官能团，呈现疏水疏油的特性。由于层和层之间有一定程度的相互作用力，使得他们容易聚集阻碍了其应用。为了避免GO在还原过程的重新团聚，许多研究集中在GO的表面进行物理或化学反应来增强RGO在聚合物基体中的分散能力。

环氧树脂(EP)是集高硬度、良好力学性能和耐化学腐蚀等优点的重要的防腐蚀基体涂料。然而人们越来越关注环境压力和人类健康，溶剂型涂料被水性涂料取代已成为一个必然趋势。但水性环氧树脂因其自身结构亲水链段的存在有助于水，氧气，Cl^-1等侵蚀性试剂的渗透，导致金属腐蚀的恶化。聚合物纳米复合涂层成为提高水性环氧涂膜耐腐蚀能力的有前景策略。石墨烯作为二维纳米材料，由于其片层结构，且有高的比表面积，优异的机械强度，以及对氧，水和腐蚀性离子的阻隔性等优异的固有特性而被广泛用于复合材料中的增强相和功能相。然而，氧化石墨烯(GO)高的比表面积和氢键引起的聚合物基体的团聚现象阻碍了其应用。为避免氧化石墨烯在还原过程中的重新团聚堆积，越来越多的研究人员致力于将氧化石墨烯的表面通过借助物理或化学的方法进行修饰从而增强石墨烯在聚合物基体中的分散能力。Liu等人通过氨基封端的离子液体(IL)和氧化石墨烯之间的反应，改善了氧化石墨烯在水性环氧树脂中的分散性。将含有0.5％IL-GO的环氧复合漆膜浸入到3.5％NaCl里，40天后IL-GO/环氧树脂涂层的阻抗模量仅从108减小到107Ω.cm2。Cui等人借助具有亲水性质的多巴胺(PDA)与GO通过自团聚的方式得到GO-PDA，PDA的加入不仅提高了GO在乙醇中的溶解分散能力，还改善了GO与水性环氧(EP)树脂的相容性。随着PDA的掺入，GO-PDA/EP在泡40天后阻抗模量仍比EP的初始阻抗模量大一个数量级。改性后的GO显示出与聚合物基体的良好相容性，且制得的纳米复合漆膜的抗腐蚀能力也比较高。