CN108559361B - 一种改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了GO‑TA‑KH560/水性环氧复合涂料，其制备方法包括以下步骤：（1）基料的制备；（2）GO‑TA‑KH560分散体的制备；（3）GO‑TA‑KH560/水性环氧复合涂层的制备。通过测试分析可以得出，单宁酸与石墨烯以苯环的π‑π共轭相互作用力相结合，而KH560接枝则以共价键的形式接枝在石墨烯片层表面，增加了石墨烯与环氧树脂的结合能力，在不破坏石墨烯完整结构的同时增加了水性复合环氧涂层的耐腐蚀性能，开拓了石墨烯在水性涂料中的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于改性石墨烯水性复合涂料制备方法领域，具体涉及一种GO-TAKH560/水性环氧复合涂料的制备方法及应用。
背景技术
近年来，由于环境保护的要求，水性高分子涂料在腐蚀科学领域受到越来越多的关注和广泛应用；然而，水性涂料与有机涂料相比，其耐蚀性较差，限制了其在防腐领域的应用，石墨烯是一种很有前途的二维（2D）纳米碳材料，由于其独特的结构和优异的电子、机械和阻隔性能，引起了人们的广泛兴趣，但是由于石墨烯（GO）疏水性强，在水性环氧树脂中难以分散；而单宁酸（TA）是一种食品级天然交联剂，存在于许多植物中；单宁酸结构中含有大量的苯基和羟基，能够和石墨烯之间形成π-π非共价键，作为插层剂将石墨烯有效的剥离开来，使得石墨烯均匀分散于水溶液中；均匀分散的片层结构石墨能够有效的阻隔了腐蚀介质进入基材。
发明内容
本发明针对石墨烯和水性涂料的研究提供了GO-TA-KH560/水性环氧复合涂料的制备方法，并开拓了改性石墨烯材料在防腐涂层领域的应用。该过程通过简单的超声波处理，将单宁酸（TA）与石墨烯结合，通过单宁酸（TA）与石墨烯之间形成π-π非共价键作用，通过非共价键连接石墨烯和单宁酸（Ta），在石墨烯表面形成羟基活性基团，然后用KH560进行改性，制备了GO-TA-KH560/水性环氧复合涂料以增强环氧树脂与石墨烯的相互作用，进一步增强了复合涂层的耐蚀性。
一种改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备方法，包括以下步骤。
（1）基料的制备。称取水性环氧树脂、固化剂混合，搅拌至溶液均匀，得到均匀混合的基料。
（2）GO-TA-KH560分散体的制备。在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0 .05g单宁酸（TA），超声振荡20min。然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到TA插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500 r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后将TA插层石墨烯分散体转移到三口烧瓶中，将0.05gγ-（2,3-环氧丙基）丙基三甲氧基硅烷（KH560）也加入烧瓶中，在85℃下搅拌6h，实验结束后采用离心法处理混合溶液，得到GO-TA-KH560分散体。
（3）GO-TA-KH560/水性环氧复合涂层的制备。称取基料、GO-TA-KH560分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到改性石墨烯水性环氧复合涂层。
进一步地，步骤（1）中环氧树脂、固化剂质量比为4:1。
进一步地，步骤（3）中基料占均匀分散体系总重量的99-99.5%。
本发明提供的一种改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备，具有以下有益效果。（1）该制备过程简单可行，成本低，适用于工业化生产。（2）本发明制备的GO-TA-KH560分散体稳定性好，静置30d后未见溶液分层。（3）该制备过程中，将GO-TA-KH560分散体与水性环氧树脂结合，制备出的涂层耐腐蚀性远优于传统水性涂料。
附图说明
图1为GO-TA-KH560分散体溶液静置30天的分散照片。
图2为TA、石墨烯、GO-TA和GO-TA-KH560杂化化合物的紫外-可见光谱。
图3为石墨烯、GO-TA和GO-TA-KH560杂化物的透射电镜图（TEM）；其中（a）、（b）为石墨烯形貌图；（c）、（d）为GO-TA杂化物形貌图；（e）、（f）为GO-TA-KH560杂化物形貌图。
图4为纯水性树脂涂层Nyquist谱图。
图5为0.5% GO-TA、GO-TA-KH560/水性复合涂层浸泡10day和20day的Nyquist谱图。
图6为0.7% GO-TA、GO-TA-KH560/水性复合涂层10day和20day的Nyquist谱图。
图7为1% GO-TA、GO-TA-KH560/水性复合涂层10day和20day的Nyquist谱图。
具体实施方式
实施例1
一种改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备方法，包括以下步骤。（1）基料的制备。称取水性环氧树脂、固化剂混合，搅拌至溶液均匀，得到均匀混合的基料。（2）GO-TA-KH560分散体的制备。在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸（TA），超声振荡20min。然后，在超声振动（600W）下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到TA插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机（1000r/min—1500 r/min）除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后将TA插层石墨烯分散体转移到三口烧瓶中，将0.05gγ-（2,3-环氧丙基）丙基三甲氧基硅烷（KH560）也加入烧瓶中，在85℃下搅拌6h，实验结束后采用离心法处理混合溶液，得到GO-TA-KH560分散体。（3）GO-TA-KH560/水性环氧复合涂层的制备。称取基料、GO-TA-KH560分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到改性石墨烯水性环氧复合涂层。
进一步地，步骤（1）中环氧树脂、固化剂质量比为4:1。
进一步地，步骤（3）中基料占均匀分散体系总重量的99-99.5%。
测量，结果见附图4-7；图中显示了纯水性环氧树脂涂层、0.5%、0 .7%、1%GO-TA/水性环氧涂层和0.5%、0.7%、1%GO-TA-KH560/水性环氧涂层在3.5% NaCl盐水中浸泡10天及20天后的Nyquist图，从图4中可以看出，涂层浸泡10天后，纯水性环氧涂层已破坏，所以无法继续浸泡20天；从图5-7阻抗半径图中可以看出，GO-TA、GO-TA-KH560/水性环氧复合涂层阻抗半径远远大于纯水性环氧树脂涂层，说明GO-TA、GO-TA-KH560分散体溶液的加入均能够提高涂层的防腐蚀性能。而且GO-TA-KH560/水性环氧复合涂层阻抗半径远大于GO-TA/水性环氧复合涂层，说明GO-TA-KH560与水性环氧树脂的结合力优于GO-TA杂化材料；此外，在涂层浸泡20天后，0 .5%、1%GO-TA、GO-TA-KH560/水性环氧涂层均已受到破坏，图中曲线呈现直线趋势，只有0.7%GO-TA、GO-TA-KH560/水性环氧涂层测试曲线呈现半圆状，说明涂层仍然具备较好抗腐蚀性能，说GO-TA-KH560分散体溶液在0.7%时为最佳添加量。
Claims (3)
1.一种改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）基料的制备
称取水性环氧树脂、固化剂混合，搅拌至溶液均匀，得到均匀混合的基料；
（2）GO-TA-KH560分散体的制备
在250mL的烧杯中加入100mL去离子水中和0.05g单宁酸，超声振荡20min，然后，在超声振动下加入0.1g石墨烯并分散在上述单宁酸溶液中1小时，得到TA插层石墨烯分散体，最后通过高速离心机除去混合溶液中未反应的石墨烯和单宁酸，然后将TA插层石墨烯分散体转移到三口烧瓶中，将0.05gγ-（2,3-环氧丙基）丙基三甲氧基硅烷KH560也加入烧瓶中，在85℃下搅拌6h，实验结束后采用离心法处理混合溶液，得到GO-TA-KH560分散体；
（3）GO-TA-KH560/水性环氧复合涂层的制备
称取基料、GO-TA-KH560分散溶液混合，搅拌形成均匀分散体系，然后将均匀分散体系移入喷枪中，高压喷涂表面经喷砂处理过的长方形钢片，喷涂完成后，常温固化2天，得到改性石墨烯水性环氧复合涂层。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯水性环氧复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中GO、TA、KH560的加量比例为质量比2:1:1。
3.如权利要求1或2所述的方法制备出的GO-TA-KH560/水性环氧复合涂料。
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