CN107987698B - 一种含改性氧化石墨烯的水性防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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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水性防腐涂料及其制备方法。该涂料包括甲组分和乙组分通过体积比10：1组成；所述甲组分通过以下质量百分含量的原料组成：聚氨酯乳液45‑48%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；所述乙组分通过以下质量百分含量的原料组成：固化剂50%、去离子水50%。本发明提供的改性石墨烯能均匀的分散在水性涂料当中，添加量小，降低了企业生产成本；制备的防腐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，附着力好。
Description
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水性防腐涂料及其制备方法。
背景技术
水性防腐涂料始于20世纪80年代，由于水性防腐涂料具有高表面张力，水性防腐涂料容易出现流挂、遮盖力差、抹面缩孔、防腐效果差等问题。
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，难以在水性涂料中分散均匀。
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水性防腐涂料，通过对氧化石墨烯表面基团进行修饰改性，极大提高了石墨烯在涂料中的溶解性，制备的涂料防腐性能好，提高了储存稳定性。
本发明还提供了一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料的制备方法。
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水性防腐涂料，包括甲组分和乙组分通过体积比10：1组成；
所述甲组分通过以下质量百分含量的原料组成：聚氨酯乳液45-48%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
所述乙组分通过以下质量百分含量的原料组成：固化剂50%、去离子水50%。
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。
本发明所使用的增稠剂采用以下方法制备而成：将100g去离子水中加入0.1-0.2g的皂角苷，搅拌均匀后，加入0.8-1g失水山梨醇脂肪酸酯，0.1-0.15g苯乙酸月桂醇酯，研磨至粒径小于20μm即可。
本发明还提供了一种上述水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚氨酯乳液、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以下；
（2）分散结束后，加入脱氢醋酸钠及增稠剂，搅拌均匀即可。
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涂料当中，添加量小，降低了企业生产成本；
（2）本发明制备的防腐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，附着力好。
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。
本发明所提供的实施例中，水性防腐涂料的甲乙两种组分的体积比均为10：1。
实施例1
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、改性氧化石墨烯0.1%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
所述增稠剂采用以下方法制备而成：将100g去离子水中加入0.1-0.2g的皂角苷，搅拌均匀后，加入0.8-1g失水山梨醇脂肪酸酯，0.1-0.15g苯乙酸月桂醇酯，研磨至粒径小于20μm即可；
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；将聚氨酯乳液、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以下；分散结束后，加入脱氢醋酸钠及增稠剂，搅拌均匀即可。
实施例2
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
所述乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
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水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、改性氧化石墨烯1.0%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
所述乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
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。
实施例4
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液46%、改性氧化石墨烯0.5%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
改性氧化石墨烯的制备方法同实施例1；
制备方法同实施例1。
实施例5
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液48%、改性氧化石墨烯0.5%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
改性氧化石墨烯的制备方法同实施例1；
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水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
制备方法同实施例1；
该对比例所使用的氧化石墨烯为未改性前的氧化石墨烯。
对比例2
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、改性氧化石墨烯0.1%、三丙二醇单丁醚1.0%、沉淀硫酸钡32%、聚二甲基硅氧烷0.1%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%。
对比例3
一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料：
甲组分配方为：聚氨酯乳液45%、改性氧化石墨烯1.2%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
乙组分配方为：固化剂50%、去离子水50%；
所述增稠剂采用以下方法制备而成：将100g去离子水加入0.8-1g失水山梨醇脂肪酸酯，0.1-0.15g苯乙酸月桂醇酯，研磨至粒径小于20μm即可；
制备方法同实施例1。
（一）将实施例1-5及对比例1-3制备的环氧树脂涂料进行性能检测，具体结果见表1。
表1
（二）将实施例1-5及对比例1-3制备的涂料放入恒温干燥箱内，将在50℃±2℃加速条件下贮存30d，每个涂料取10个检测样，30d后再次检测粘度，计算粘度变化值，沉降程度，以及出现变质（如气泡，发霉）的数量；
粘度变化值为（原始粘度-贮存后粘度）/原始粘度比值百分数﹡100%；
具体结果见表2。
表2
（三）将实施例1-5及对比例1-3制备的涂料天价红色颜料后进行耐酸碱性测试，
耐酸性能：室温下接触5%的盐酸240h；
耐碱性能：室温下接触5%的氢氧化钠溶液240h；
具体结果见表3。
表3
Claims (6)
1.一种含有改性氧化石墨烯的水性防腐涂料，其特征在于，包括甲组分和乙组分通过体积比10：1组成；
所述甲组分通过以下质量百分含量的原料组成：聚氨酯乳液45-48%、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%、增稠剂0.2%、余量为去离子水；
所述乙组分通过以下质量百分含量的原料组成：固化剂50%、去离子水50%；
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；
所述醇溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；
所述催化剂为乙醇铝、异丙醇铝和正丁醇铝；
（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。
2.根据权利要求1所述的水性防腐涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯在醇溶剂中的浓度为5mg/mL。
3.根据权利要求1所述的水性防腐涂料，其特征在于，所述催化剂的加入量为2-5mol%。
4.根据权利要求1所述的水性防腐涂料，其特征在于，所述反应的时间为10h。
5.根据权利要求1所述的水性防腐涂料，其特征在于，所述增稠剂采用以下方法制备而成：将100g去离子水中加入0.1-0.2g的皂角苷，搅拌均匀后，加入0.8-1g失水山梨醇脂肪酸酯，0.1-0.15g苯乙酸月桂醇酯，研磨至粒径小于20μm即可。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚氨酯乳液、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以下；
（2）分散结束后，加入脱氢醋酸钠及增稠剂，搅拌均匀即可。
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