CN105131791A - 一种复合石墨烯的防腐涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合了石墨烯的防腐涂料的制备方法。内容包括采用溶液插层法将石墨烯分散液与基体涂料(环氧树脂或硅丙乳液)混合搅拌，再加入固化剂、成膜助剂等搅拌混合均匀后，抽真空脱泡，调节粘度，制得复合石墨烯的防腐涂料。本发明制备方法简单，实施便捷，成本较低，应用范围广。

Description

一种复合石墨烯的防腐涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合了石墨烯的防腐涂料的制备方法，具体涉及利用溶液插层法对石墨烯和基体涂料进行复合。

背景技术

近些年，金属腐蚀日益成为全球各国重视的经济问题。据统计，全球每年因腐蚀报废的金属设备占其产量的30%，有10%的钢铁由于腐蚀的原因无法回收再利用。美国G2MTLabs(Generation2MaterialsTechnologyLabs)研究表明，2012年美国全境由腐蚀引起的经济损失首次超过1000亿美元，占其全年GDP的6.2%。我国每年因为水、废气、地下管道、高速公路、海洋船舶等腐蚀所造成的经济损失数额也达到数百亿，占到国民生产总值的3%左右。寻找有效的技术手段来实现有效的金属防腐成为世界各国研究者共同关注的目标。

众多技术手段中，金属表面覆膜处理技术得到广泛的应用，这些技术往往是用某些材料(如异种金属、陶瓷、金属氧化物、非金属聚合物等)包裹在金属表面，以避免其表面与空气、水或其它腐蚀环境直接接触，从而达到防止腐蚀的目的。而树脂的研制成功很大程度上提高了覆膜材料的性能，环氧树脂由于其无污染、溶解粘度低、涂膜附着力强、耐腐蚀性强、流平性好、固化剂选择范围广而得到广泛应用。事实上，目前的聚合物防腐涂料大多使用环氧树脂作为成膜物质，但是环氧树脂也有自身的缺陷，而且任何涂料在涂层内都会存在一些孔洞和缺陷，不能够完全防止金属腐蚀。同时，家用涂料大多使用硅丙乳液作为成膜物质，硅丙乳液具有光泽好，耐碱耐酸抗污等特点，但其缺陷也很多，力学性能较差，不耐刮擦。

而石墨烯这一新兴材料的问世，使解决金属防腐这一课题有了新的发展方向。石墨烯以其独特的性能吸引了世界各国科学家的关注，除了在电子、储能等领域外，石墨烯在金属防腐领域也大有可为。首先，石墨烯具有稳定的杂化结构，使其能在活性介质与金属间形成物理阻隔层，阻止了扩散渗透的进行；其次，石墨烯也拥有良好的化学稳定性和热稳定性，无论是在腐蚀性的气体、液体环境中或是高温条件下均能保持稳定；最后，石墨烯具有优异的机械性能，有着其他涂料所不具备的耐刮擦性和高强度。

发明内容

针对上述传统防腐涂料的不足和石墨烯的优点，本发明从将石墨烯与传统防腐涂料（包括环氧树脂、硅丙乳液）复合出发，利用溶液插层法这一原理，制备出复合石墨烯的防腐涂料，同时也对石墨烯进行改性，使其相容性和吸附性更好，制备复合改性石墨烯的防腐涂料。

本发明的技术解决方案如下：

(1)称取一定量还原氧化石墨烯，将其分散于合适的有机溶剂中(包括甲苯/正丁醇混合溶液、二甲基亚砜、乙二醇、丙酮、乙醇等)，超声分散均匀，制得还原氧化石墨烯分散液；

或

称取一定量氧化石墨烯，将其分散于水中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在80℃水浴下搅拌若干小时，制得改性的还原氧化石墨烯分散液；

（2）将环氧树脂溶于合适的有机溶剂(包括甲苯/正丁醇混合溶液、丙酮、乙醇等)中；采用溶液插层法将步骤（1）制得的石墨烯或改性石墨烯分散液与环氧树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入一定量的促进剂吡啶与固化剂二乙烯三胺，搅拌混合均匀；然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至一定粘度(用玻璃棒蘸取涂料后进行拉丝，拉丝20cm不断即可)，即制得复合石墨烯的防腐涂料；其中石墨烯与环氧树脂的质量比为8-12:1000，固化剂二乙烯三胺与环氧树脂的质量比为6-10:100；

或

将硅丙乳液溶于合适的有机溶剂（包括二甲基亚砜、乙二醇等）中，搅拌使其完全溶解；采用溶液插层法将步骤（1）制得的石墨烯或改性石墨烯分散液与硅丙乳液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入一定量的成膜助剂十二醇酯，搅拌混合均匀；然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至一定粘度(用玻璃棒蘸取涂料后进行拉丝，拉丝20cm不断即可)，即制得复合石墨烯的防腐涂料；其中，石墨烯与硅丙乳液的质量比为4-6:1000，成膜助剂十二醇酯与硅丙乳液的质量比为8-10:100。

本发明是一种复合了石墨烯的传统防腐涂料的制备方法，方法简单，易于实现，而且可采用不同的基体涂料，可应用的范围较广，且成本较低。

附图说明

图1为涂覆于马口铁切片上的石墨烯/环氧树脂复合涂料。

图2为涂覆于马口铁切片上的石墨烯/硅丙乳液复合涂料。

具体实施方法

以下介绍本发明一种复合了石墨烯的传统防腐涂料的制备方法的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

实施例1

称取0.027g经水热法制备而得的还原氧化石墨烯(rGO)，置于25mL烧杯中，再加入5mL甲苯及5mL正丁醇，溶解后超声4h，直至石墨烯在溶液中分散均匀，短时间内静置无沉淀，配置成石墨烯分散液。

称取2.882g环氧树脂，置于50mL烧杯中，再加入4mL甲苯及4mL正丁醇，搅拌混合溶液直至环氧树脂溶解均匀，加入石墨烯分散液，剧烈搅拌15min，使溶液混合均匀，再继续搅拌，在搅拌状态下加入0.2g二乙烯三胺，使固化剂混合均匀，将溶液放入80℃恒温下的真空烘箱中，调节涂料至一定粘度，制备得石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，再使用台式匀胶机将涂料均匀涂覆于马口铁切片上。

实施例2

称取0.025g经水热法制备而得的还原氧化石墨烯(rGO)，置于25mL烧杯中，再加入8mL二甲基亚砜，溶解后超声4h，直至石墨烯在溶液中分散均匀，短时间内静置无沉淀。石墨烯分散液配置完成。

称取5.649g硅丙乳液，置于50mL烧杯中，再加入4mL二甲基亚砜，搅拌混合溶液直至硅丙乳液溶解均匀，加入所制备的石墨烯分散液，搅拌15min，使溶液混合均匀，再继续搅拌，在搅拌状态下加入0.5g十二醇酯，使成膜助剂混合均匀，将溶液放入80℃恒温下的真空烘箱中，调节涂料至一定粘度，制备得石墨烯/硅丙乳液复合防腐涂料，再使用台式匀胶机将涂料均匀涂覆于马口铁切片上。

实施例3

称取0.0515g氧化石墨烯，将其溶于20mL去离子水中，超声2小时制得氧化石墨烯的水分散液，再加入0.0533g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和1mL水合肼，于80℃温度下水浴4小时，制得改性后的PVP-rGO。再将制成的PVP-rGO与环氧树脂（或硅丙乳液）混合，超声并搅拌至溶液完全溶解，加入固化剂二乙烯三胺（或十二醇酯），再将溶液放入80℃恒温下的真空烘箱中，加热调节涂料至一定粘度，制得改性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料。

Claims (1)

1.一种制备复合石墨烯的防腐涂料的制备方法，主要利用溶液插层法的原理，选取不同基体涂料，制备各种复合石墨烯的防腐涂料，其特征在于包括如下步骤：

称取一定量还原氧化石墨烯，将其分散于合适的有机溶剂中(包括甲苯/正丁醇混合溶液、二甲基亚砜、乙二醇、丙酮、乙醇等)，超声分散均匀，制得还原氧化石墨烯分散液；

或

称取一定量氧化石墨烯，将其分散于水中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在80℃水浴下搅拌若干小时，制得改性的还原氧化石墨烯分散液；

（2）将环氧树脂溶于合适的有机溶剂(包括甲苯/正丁醇混合溶液、丙酮、乙醇等)中；采用溶液插层法将步骤（1）制得的石墨烯或改性石墨烯分散液与环氧树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入一定量的促进剂吡啶与固化剂二乙烯三胺，搅拌混合均匀；然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并置于烘箱中加热调节至一定粘度(用玻璃棒蘸取涂料后进行拉丝，拉丝20cm不断即可)，即制得复合石墨烯的防腐涂料；其中石墨烯与环氧树脂的质量比为8-12:1000，固化剂二乙烯三胺与环氧树脂的质量比为6-10:100；

或

将硅丙乳液溶于合适的有机溶剂（包括二甲基亚砜、乙二醇等）中，搅拌使其完全溶解；采用溶液插层法将步骤（1）制得的石墨烯或改性石墨烯分散液与硅丙乳液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入一定量的成膜助剂十二醇酯，搅拌混合均匀；然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至一定粘度(用玻璃棒蘸取涂料后进行拉丝，拉丝20cm不断即可)，即制得复合石墨烯的防腐涂料；其中，石墨烯与硅丙乳液的质量比为4-6:1000，成膜助剂十二醇酯与硅丙乳液的质量比为8-10:100。