CN105860709A - 一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法，该涂料由氧化石墨烯、乙醇、甲苯、正丁醇、锌粉、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼、丙烯酸树脂、吡啶和固化剂组成，制备方法是：先制备氧化石墨烯，然后氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮、水合肼制备改性氧化石墨烯分散液，再加入其他组分混合均匀，抽真空调节粘度即制得氧化石墨烯防腐涂料。本发明利用改性氧化石墨烯具有超大的比表面积、优异的防腐性能、导电性能，以及良好的化学稳定性，制备了一种防腐效果好、使用寿命长、无毒无污染、涂料涂层薄、使用范围广的新型复合涂料。

Description

一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法。
背景技术
腐蚀是金属、混凝土，木材等物体受周围环境介质的化学作用或电化学作用而损坏的现象。据相关统计，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为7000亿～10000亿美元，约是地震、水灾、台风等自然灾害造成经济损失总和的6倍。在我国，每年由于腐蚀造成的损失约8000亿元，占GDP的3％左右。长期以来，人们一直采用多种技术，减缓腐蚀发生的速度。
目前，最主要的几种防腐涂料，主要为环氧类、聚氨酯类和富锌底漆类涂料。其中环氧类防腐涂料具有优异的附着力、优良的力学性能、良好的抗碱性和耐化学介质腐蚀性、固体组分含量高等优点，但是漆膜初期硬度高，柔韧性差，沥青类和铬酸盐类的环氧防腐漆，对环境具有很大的破坏性，同时危害人类健康。聚氨酯涂料具有附着力强、耐水、耐油、耐溶剂、耐腐蚀、弹性好、强度高、耐低温、涂膜光亮、坚硬、柔韧、丰满、耐磨和耐划伤的优点，但其保光保色性差，有较大的刺激性和毒性，稳定性差和施工麻烦等不足。富锌底漆类涂料具有屏蔽作用、电化学防护作用、涂膜自修复和钝化作用，但防腐性能是以牺牲锌粉为代价，且在焊接时会产生大量氧化锌雾气，危害作业人员生命健康。
石墨烯(graphene)是由单层碳原子紧密堆积成的具有二维片层结构的一种碳质新材料，具有优异的电性能和高的径厚比(>200)以及薄的片层结构(＜lnm)，是已知最薄、最强的材料。迪拉吉·普拉赛(DhirajPrasai)和他的同事们指出，使用原子薄层石墨烯，作为保护涂层，能够抑制腐蚀下面的金属。但是该方法中，石墨烯是通过化学气相沉积法制备获得，只能停留在理论研究阶段，且成本极高，无法进行工业化。现有技术中制备的石墨烯防腐涂料要么性能达不到理想效果，要么就行工艺复杂、成本太高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种氧化石墨烯防腐涂料及其制备方法，制备的涂料机械性能和防腐性能优异，且制备工艺简单。
本发明采用的技术方案如下：
一种氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯20～45份，乙醇40～70份，甲苯50～80份，正丁醇25～40份，锌粉2～8份，聚乙烯吡咯烷酮10～18份，水合肼3～7份，丙烯酸树脂30～50份，吡啶0.5～2份，固化剂2～6份。
优选的，所述的氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯30份，乙醇50份，甲苯60份，正丁醇30份，锌粉6份，聚乙烯吡咯烷酮15份，水合肼4份，丙烯酸树脂45份，吡啶1.2份，固化剂4份。
优选的，所述的甲苯和正丁醇的重量份比为2:1。
优选的，所述的固化剂为二甲胺基丙胺或者三甲基六亚甲基二胺。
所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在60℃～100℃水浴下搅拌4h～10h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和固化剂，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
优选的，所述的步骤(2)中在80℃水浴下搅拌6h。
有益效果：改性氧化石墨烯保留石墨烯原有性质，附带增加改性基团的反应活性，提高石墨烯在涂料体系中的分散性、相容性，赋予涂料体系某种特殊功能。本发明利用改性氧化石墨烯具有超大的比表面积、优异的防腐性能、导电性能，以及良好的化学稳定性，制备了一种防腐效果好、使用寿命长、无毒无污染、涂料涂层薄、使用范围广的新型复合涂料。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
实施例1
一种氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯20份，乙醇40份，甲苯50份，正丁醇25份，锌粉2份，聚乙烯吡咯烷酮10份，水合肼3份，丙烯酸树脂30份，吡啶0.5份，二甲胺基丙胺2份。
所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在100℃水浴下搅拌10h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和二甲胺基丙胺，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
实施例2
一种氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯45份，乙醇70份，甲苯80份，正丁醇40份，锌粉8份，聚乙烯吡咯烷酮18份，水合肼7份，丙烯酸树脂50份，吡啶2份，三甲基六亚甲基二胺6份。
所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在60℃水浴下搅拌4h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和三甲基六亚甲基二胺，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
实施例3
一种氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯40份，乙醇60份，甲苯70份，正丁醇35份，锌粉4份，聚乙烯吡咯烷酮12份，水合肼6份，丙烯酸树脂35份，吡啶0.8份，二甲胺基丙胺3份。
所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在70℃水浴下搅拌8h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和二甲胺基丙胺，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
实施例4
一种氧化石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯30份，乙醇50份，甲苯60份，正丁醇30份，锌粉6份，聚乙烯吡咯烷酮15份，水合肼4份，丙烯酸树脂45份，吡啶1.2份，三甲基六亚甲基二胺4份。
所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在80℃水浴下搅拌6h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和三甲基六亚甲基二胺，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
对比例
一种石墨烯防腐涂料，包括以重量份计的以下组分：石墨烯30份，乙醇50份，甲苯60份，正丁醇30份，锌粉6份，聚乙烯吡咯烷酮15份，水合肼4份，丙烯酸树脂45份，吡啶1.2份，三甲基六亚甲基二胺4份。
所述的石墨烯防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在80℃水浴下搅拌6h，制得改性石墨烯分散液；
(2)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和三甲基六亚甲基二胺，搅拌混合均匀；
(3)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得石墨烯防腐涂料。
对上述实施例1至4及对比例制备的防腐涂料进行性能测试，通过目测观察涂膜外观及颜色，测试其冲击强度、硬度和附着力，采用GB/T1771-2007测试耐盐雾性，测试结果如下表所示：
从上图中可以看出，实施例1至4的制备的防腐涂料的性能均优于对比例，这是因为改性氧化石墨烯保留石墨烯原有性质，附带增加改性基团的反应活性，能与其他助剂更好的融合，提高石墨烯在涂料体系中的分散性、相容性，提高涂料的性能。本发明工艺简单，适合规模化生产。

Claims (6)

1.一种氧化石墨烯防腐涂料，其特征在于包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯20～45份，乙醇40～70份，甲苯50～80份，正丁醇25～40份，锌粉2～8份，聚乙烯吡咯烷酮10～18份，水合肼3～7份，丙烯酸树脂30～50份，吡啶0.5～2份，固化剂2～6份。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯防腐涂料，其特征在于包括以重量份计的以下组分：氧化石墨烯30份，乙醇50份，甲苯60份，正丁醇30份，锌粉6份，聚乙烯吡咯烷酮15份，水合肼4份，丙烯酸树脂45份，吡啶1.2份，固化剂4份。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯防腐涂料，其特征在于所述的甲苯和正丁醇的重量份比为2:1。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯防腐涂料，其特征在于所述的固化剂为二甲胺基丙胺或者三甲基六亚甲基二胺。
5.权利要求1至4任意一项所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用Hummers法将石墨烯制成氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于乙醇中超声分散均匀，制成氧化石墨烯分散液；再加入聚乙烯吡咯烷酮和水合肼，在60℃～100℃水浴下搅拌4h～10h，制得改性氧化石墨烯分散液；
(3)将丙烯酸树脂溶于甲苯与正丁醇的混合溶液中，采用溶液插层法将步骤（1）制得的改性氧化石墨烯分散液与丙烯酸树脂溶液混合，剧烈搅拌直至两者混合均匀；再加入锌粉、吡啶和固化剂，搅拌混合均匀；
(4)然后把混合溶液抽真空脱除气泡，并调节至粘度小于15cP，即制得氧化石墨烯防腐涂料。
6.权利要求5所述的氧化石墨烯防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中在80℃水浴下搅拌6h。
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