[发明专利]三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料及其制备方法。以液相剥落的结构完整的石墨烯为基体，通过多巴胺在石墨烯表面自组装，获得聚多巴胺包裹的绝缘石墨烯，再以该绝缘石墨烯作为新平台以生长纳米四氧化三锰，获得以石墨烯为核层，绝缘聚多巴胺为中层，纳米四氧化三锰为外层的三明治结构的功能化石墨烯。将该功能化的石墨烯掺入水性环氧树脂涂料中，由于聚多巴胺的绝缘包裹，有效抑制了石墨烯的腐蚀促进活性。并且聚多巴胺与水性环氧树脂的交联作用使得功能化石墨烯均匀稳定地分散在水性环氧树脂中，通过功能化石墨烯的优异阻隔作用和纳米四氧化三锰的腐蚀抑制作用的协同效应，显著增强了水性环氧树脂涂料的防腐性能。

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料，其防腐性能得到显著提高。

背景技术

由于溶剂型涂料在干燥固化过程中会挥发大量有机溶剂，这将会对环境和人体造成较大污染和危害。为了降低涂料的VOC，水性涂料得到了大范围的推广。虽然水性涂料以其环保，低污染，施工方便，价格低廉等优势迅速取代了大部分溶剂型涂料而在各行各业中得到广泛应用。但是如疏水性不佳，漆膜硬度不高，干燥过程中留下大量缩孔等固有的缺点也暴露出水性涂料在防腐领域中应用的弊端。近些年，石墨烯由于其超大的比表面积，优异的阻隔性能，稳定的化学惰性等成为防腐涂料的理想填料。为了改善水性涂料的这些缺陷，将石墨烯掺入水性涂料中，以提升水性复合涂料的各项理化性质已成为当下研究的热点。然而，石墨烯的表面张力较低，在水中的分散性较差。并且高导电性的石墨烯具有显著的腐蚀促进活性，当涂层受损或长期处于腐蚀性环境中可能由于电偶腐蚀而造成金属的腐蚀加速。此外，石墨烯防腐功能单一，仅仅具有被动的阻隔作用，无法为涂层提供主动的腐蚀抑制作用。

近些年，大量的研究人员将注意力集中于石墨烯的分散问题中，而忽略的石墨烯的腐蚀促进活性，并且更少的关注具有腐蚀抑制作用的功能化的石墨烯的研究。

因此，提供一种易于在水中分散的，且能有效抑制石墨烯的腐蚀促进活性的，并且具有阻隔作用和腐蚀抑制作用双重防腐功效的功能化石墨烯的制备方法，并将其应用于水性涂料中以改善复合涂料的机械性能与防腐性能，是本领域研究人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有水性环氧树脂涂料疏水性较差，漆膜硬度较低，防腐性能不佳等缺点进行改进，提供了一种三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料的制备方法，利用液相剥落的结构完整的石墨烯为基体，通过多巴胺在石墨烯表面自组装，获得聚多巴胺包裹的绝缘石墨烯，再以该绝缘石墨烯作为新平台以生长纳米四氧化三锰，获得了以石墨烯为核层，绝缘聚多巴胺为中层，纳米四氧化三锰为外层的三明治结构的功能化石墨烯。通过聚多巴胺的绝缘包裹，促进功能化石墨烯在水性环氧树脂涂料中的均匀分散，并通过隔绝石墨烯-石墨烯和石墨烯-金属基底之间的电连接以抑制石墨烯的腐蚀促进活性。利用石墨烯的阻隔作用和纳米四氧化三锰的腐蚀抑制作用的协同效应，显著增大复合涂料的防腐性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料的制备方法，以液相剥落的结构完整的石墨烯为基体，通过多巴胺在石墨烯表面自组装，获得聚多巴胺包裹的绝缘石墨烯，再以该绝缘石墨烯作为新平台以生长纳米四氧化三锰，获得了以石墨烯为核层，绝缘聚多巴胺为中层，纳米四氧化三锰为外层的三明治结构的功能化石墨烯。将该功能化石墨烯掺入水性环氧树脂涂料中，通过聚多巴胺与水性环氧树脂的交联作用，使石墨烯均匀稳定地分散在水性环氧树脂涂料中，得到了三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料。

所述的三明治结构的功能化石墨烯/水性环氧树脂复合涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤S1液相剥落石墨烯的制备：