CN107828313A - 一种含改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种含改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料及其制备方法。该涂料通过以下质量百分含量的原料组成：环氧树脂乳液40‑42%、改性氧化石墨烯0.1‑1.0%、三丙二醇单丁醚1.0‑1.2%、脱氢醋酸钠0.2‑0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水。本发明提供的改性石墨烯能均匀的分散在水性环氧树脂当中，添加量小，降低了企业生产成本;本发明制备的环氧树脂涂料具有良好的耐水性、耐盐雾性及耐腐蚀性，硬度高，耐候性强。

Description

一种含改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种含改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料及其制备方法。

背景技术

在水性涂料中，环氧树脂系涂料具有很高的附着力和耐腐蚀性能，相对安全性较好，因而得到了广泛应用。

石墨烯是一种二维晶体，石墨烯是由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构，石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是最理想的二维纳米材料。但是氧化石墨烯作为二维纳米材料，难以在水性环氧树脂中分散均匀。为了使石墨烯均匀的分散在水性环氧树脂当中，不发生团聚。目前存在以下三种方式解决氧化石墨烯在水性环氧树脂中的分散性问题。1、直接将氧化石墨烯添加到水性环氧树脂当中，这种方式简单有效，但是氧化石墨烯表面活性基团较少，并且无法与水性环氧树脂间形成较强的键能，氧化石墨烯的分散效果较差，所得的复合材料的强度与韧性均没法得到满足。2、通过静电吸附或者氢键等非共价键结合的方式对氧化石墨烯进行表面改性再与环氧树脂混合制备复合材料。这种方式较第一种方法取得了更好的效果，但是弱键结合的方式仍无法满足需求。3、是先对氧化石墨烯进行共价键接枝表面功能化处理，再与水性环氧树脂进行复合，这种方式使复合材料的力学性能及耐热性均有较大提高，但氧化石墨烯的功能化过程复杂，一般有两种以上单体参与，且副产物较多，不能简单去除。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，通过对氧化石墨烯表面基团进行修饰改性，再与水性环氧树脂进行复合，极大提高了石墨烯在水性环氧树脂中的溶解性，使其均匀的分散在环氧树脂当中。

本发明还提供了一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料的制备方法。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，通过以下质量百分含量的原料组成：环氧树脂乳液40-42%、改性氧化石墨烯0.1-1.0%、三丙二醇单丁醚1.0-1.2%、脱氢醋酸钠0.2-0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水。

进一步的，使用时，需要加入固化剂，所述固化剂的添加量占环氧树脂涂料质量的20%。

本发明所使用的改性氧化石墨烯采用以下方法制备而成：

（1）将氧化石墨烯分散于醇溶剂中，搅拌分散均匀，加入催化剂，得分散液；

（2）通过气体置换将反应器内空气替换为二氧化碳，在压力2-5MPa、温度60-100℃下搅拌反应，反应结束后冷却至室温，将气体缓慢排除后，过滤除去催化剂及溶剂后，离心水洗，得改性氧化石墨烯。

进一步的，所述醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；优选的为甲醇。

进一步的，所述氧化石墨烯在醇溶剂中的浓度为5mg/mL。

进一步的，所述催化剂为乙醇铝、异丙醇铝和正丁醇铝；优选的为乙醇铝或异丙醇铝。

进一步的，所述催化剂的加入量为2-5mol%。

进一步的，所述反应的时间为10h。

本发明提供的氧化石墨烯改性的方法，以增强其在水性环氧树脂中的分散效果；其合成步骤如下式所示：

如上所示，氧化石墨烯I中的环氧基团在Al催化剂的作用下与二氧化碳发生反应得到II，II随后醇解得到改性氧化石墨烯III，实现了氧化石墨烯中环氧基团转换为两个亲水型的羟基。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提供的改性石墨烯能均匀的分散在水性环氧树脂当中，添加量小，降低了企业生产成本；

（2）本发明制备的环氧树脂涂料具有良好的耐水性、耐盐雾性及耐腐蚀性，硬度高，耐候性强。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步解释和说明。

实施例1

一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，配方为：环氧树脂乳液40%、改性氧化石墨烯0.5%、三丙二醇单丁醚1.0%、脱氢醋酸钠0.2%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水；

所述改性氧化石墨烯的制备方法为：将耐压反应器中加入50mg氧化石墨烯分散于10mL的甲醇中，搅拌分散均匀后加入2mol%异丙醇铝，得分散液；通过气体置换将反应器中的空气替换为二氧化碳，升温至80℃，在3MPa的压力下反应10h，反应结束后冷却至室温，过滤除去催化剂和溶剂后，经过离心水洗，干燥即可；

具体的制备方法为；将环氧树脂乳液、改性氧化石墨烯、三丙二醇单丁醚、沉淀硫酸钡、聚二甲基硅氧烷及去离子水混合均匀后，研磨或高速分散至40μm；然后再添加脱氢醋酸钠及羟乙基纤维素，搅拌均匀即可。

实施例2

一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，配方为：环氧树脂乳液41%、改性氧化石墨烯0.1%、三丙二醇单丁醚1.2%、脱氢醋酸钠0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水；

所述改性氧化石墨烯的制备方法为；将耐压反应器中加入50mg氧化石墨烯分散于10mL的异丙醇中，搅拌分散均匀后加入3mol%异丙醇铝，得分散液；通过气体置换将反应器中的空气替换为二氧化碳，升温至60℃，在5MPa的压力下反应，反应结束后冷却至室温，过滤除去催化剂和溶剂后，经过离心水洗，干燥即可；

制备方法同实施例1。

实施例3

一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，配方为：环氧树脂乳液42%、改性氧化石墨烯1.0%、三丙二醇单丁醚1.1%、脱氢醋酸钠0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水；

所述改性氧化石墨烯的制备方法为：将耐压反应器中加入50mg氧化石墨烯分散于10mL的乙醇中，搅拌分散均匀后加入5mol%正丁醇铝，得分散液；通过气体置换将反应器中的空气替换为二氧化碳，升温至100℃，在2MPa的压力下反应10h，反应结束后冷却至室温，过滤除去催化剂和溶剂后，经过离心水洗，干燥即可；

制备方法同实施例1。

对比例1

一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，配方为：环氧树脂乳液40%、改性氧化石墨烯0.5%、三丙二醇单丁醚1.0%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水。

具体的制备方法为；将环氧树脂乳液、改性氧化石墨烯、三丙二醇单丁醚、沉淀硫酸钡、聚二甲基硅氧烷及去离子水混合均匀后，研磨或高速分散至40μm；然后再添加羟乙基纤维素，搅拌均匀即可。

该对比例制备的涂料短时间内储存稳定性较好，但是经过3个月储存后，开桶时发现部分桶内涂料下部有结块，表面变质发霉。

对比例2

一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，配方为：环氧树脂乳液42%、氧化石墨烯1.5%、三丙二醇单丁醚1.1%、脱氢醋酸钠0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水；

该对比例所使用的氧化石墨烯为未改性前的氧化石墨烯。

（一）将实施例1-3及对比例1-2制备的环氧树脂涂料进行性能检测，具体结果见表1。

表1

Claims (8)

1.一种含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，通过以下质量百分含量的原料组成：环氧树脂乳液40-42%、改性氧化石墨烯0.1-1.0%、三丙二醇单丁醚1.0-1.2%、脱氢醋酸钠0.2-0.3%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、羟乙基纤维素0.2%、余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，使用时，需要加入固化剂，所述固化剂的添加量占环氧树脂涂料质量的20%。

3.根据权利要求1所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯采用以下方法制备而成：

（1）将氧化石墨烯分散于醇溶剂中，搅拌分散均匀，加入催化剂，得分散液；

（2）通过气体置换将反应器内空气替换为二氧化碳，在压力2-5MPa、温度60-100℃下搅拌反应，反应结束后冷却至室温，将气体缓慢排除后，过滤除去催化剂及溶剂后，离心水洗，得改性氧化石墨烯。

4.根据权利要求3所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；优选的为甲醇。

5.根据权利要求3或4所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯在醇溶剂中的浓度为5mg/mL。

6.根据权利要求3所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述催化剂为乙醇铝、异丙醇铝和正丁醇铝；优选的为乙醇铝或异丙醇铝。

7.根据权利要求6所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述催化剂的加入量为2-5mol%。

8.根据权利要求3所述的含有改性氧化石墨烯的环氧树脂涂料，其特征在于，所述反应的时间为10h。