[发明专利]一种改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯环保型防腐涂料

说明书

本发明为一种改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯环保型防腐涂料。该涂料的组成包括氧化石墨烯、改性剂、水性聚氨酯；其中，质量比为氧化石墨烯：改性剂：水性聚氨酯＝1：10～100：100～1000。本发明先制备官能化纳米二氧化硅，通过调节修饰纳米二氧化硅过程中硅烷偶联剂的加入量，方便调控氧化石墨烯在水性涂料中的分散性，以及改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯涂料的防腐性能。本发明的涂料产品防腐蚀性能良好，并且工艺简单，原料廉价易得，产品与制备工艺都具有环保性。

技术领域

本发明属于水性涂料领域，具体地，本发明涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法及其在水性聚氨酯涂料中的防腐应用与调控思路。

背景技术：

有机涂料保护是最广泛使用的防腐方法之一。随着人们环保意识的日益浓厚，近年来水性涂料已在金属保护领域逐渐发展。其中，水性聚氨酯(WPU)由于其优异的附着力和柔韧性而备受关注。然而，由于WPU的耐腐蚀性差，其在防腐应用中的发展仍然受到限制。一种有效的改进方法是将WPU与某些常规填料结合使用，以产生出色的阻隔保护。填料的添加不仅会影响涂层的性能，如附着力，机械性能等，而且还会显着降低成本。许多填料如SiO₂，TiO₂，Al₂O₃和Fe₂O₃均可用于防腐涂料。填料在聚合物基涂料中的良好分散性可改善防腐性能，并防止电解质渗透到涂料中。

石墨烯是一种新兴的填料，是一种由sp²杂化碳原子组成的二维纳米片，由于其许多独特的特性(例如出色的机械性能，热稳定性，高抗渗性和比表面积)而引起了研究人员的广泛关注。据报道，氧化石墨烯由于具有大的片状结构而具有优异的阻隔作用，因此可以大大延长腐蚀性物质的扩散路径，从而成为一种理想的金属保护防腐蚀阻隔材料。制备氧化石墨烯/聚合物复合材料是一种可行的利用氧化石墨烯纳米片优异性能的方法，可以有效解决涂层的防腐问题。但受限于氧化石墨烯在水性涂料中有限的分散性和亲水性能，氧化石墨烯在水性聚氨酯中的应用还未开发。

因此，本领域迫切需要研发出一种高防腐性、环保型的水性涂料。

发明内容：

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供了一种官能化纳米二氧化硅改性的氧化石墨烯，该官能化纳米二氧化硅具有可调特性。通过调节修饰纳米二氧化硅过程中硅烷偶联剂的加入量，方便调控氧化石墨烯在水性涂料中的分散性，以及改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯涂料的防腐性能。

本发明的技术方案为：

一种改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯环保型防腐涂料，该涂料的组成包括氧化石墨烯、改性剂官能化纳米二氧化硅、水性聚氨酯；其中，质量比为氧化石墨烯：改性剂：水性聚氨酯＝1：10～100：100～1000。

所述的改性氧化石墨烯复合水性聚氨酯环保型防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)向纳米二氧化硅分散液中加入硅烷偶联剂，反应6～18小时，得到官能化纳米二氧化硅分散液；

其中，每30～50mL纳米二氧化硅分散液中含有0.014g～2.885g纳米二氧化硅、加入0.01～1g硅烷偶联剂；

(2)改性氧化石墨烯分散液制备方法：

(i)配制氧化石墨烯分散液，每10mL水中加入0.001～1g氧化石墨烯；

(ii)将氧化石墨烯分散液与官能化纳米二氧化硅分散液混合，反应1～5小时，然后进行分离、洗涤，得到改性氧化石墨烯；其中，体积比为氧化石墨烯分散液与步骤(1)中得到的官能化纳米二氧化硅分散液＝1：1～10；

(iii)将改性氧化石墨烯加入到水中，得到改性氧化石墨烯分散液；

其中，每10ml水加入0.001～2g改性氧化石墨烯；