CN109836968A - 一种含有石墨烯衍生物的水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料及其制备方法，本发明中含有石墨烯衍生物的水性涂料，其石墨烯衍生物的片层结构使其具有优异的物理阻隔性能，能够有效阻隔水和氧气等小分子腐蚀介质通过涂层，从而提高涂层的耐蚀性；石墨烯衍生物添加的涂层具有优异的抗菌性能，抗菌机理主要有两种：一种是石墨烯片层物理切割细胞膜，从而破坏细菌；另一种是负载在石墨烯表面的聚氨基苯酚中游离的酚羟基团有着良好的抗菌作用。该石墨烯衍生物与水性涂料有良好的相容性，解决了水性涂料中石墨烯片层的团聚和复叠的问题。本发明的制备方法安全无毒、不使用挥发性有机溶剂、能耗低、符合环保生产的理念。

Description

一种含有石墨烯衍生物的水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料制备技术领域，尤其涉及一种含有石墨烯衍生物的水性涂料及其制备方法。

背景技术

传统的溶剂型防腐涂料中含有大量的有机挥发物(VOC)，这些有机挥发物大多数为易燃易爆的有毒物质以及致癌物，人们长期吸入会导致神经系统疾病。随着溶剂型防腐涂料的使用被逐步限制，水性涂料成为生产实践中更环保的金属基板的表面耐蚀性保护方法。水性防腐涂料是以水作为溶剂和稀释剂，不仅无毒无味，而且价格低廉使用安全，没有着火爆炸的危险。但水性涂料也存在一定的不足，如水性化引起的耐水性下降，阻隔性下降，热稳定性下降，进而导致的涂层耐蚀性能的下降等。本发明提供的石墨烯衍生物添加的水性树脂复合涂层，由于其中石墨烯片层具有良好的物理阻隔性能，可以阻隔腐蚀介质的渗透，从而弥补水性树脂耐蚀性能的不足。此外，本发明提出的聚氨基苯酚改性的氧化石墨烯，在增强涂层的耐蚀性的同时，使涂层具有良好的抗菌性能。

现有技术CN201510317184.9采用将含氟单体、羧酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、丙烯酸乙烯脂、双季铵盐表面活性剂、非离子乳化剂、水溶性引发剂、去离子水各组分，通过乳液聚合的方式制成抗菌型水性氟树脂。因此操作复杂，且引进氟元素，对环境危害极大。

相比之下，本发明通过原位聚合法制备聚氨基苯酚改性的氧化石墨烯，使涂层具有良好的抗菌作用，操作简单、易于控制合成而且对环境无害，该涂层也可广泛用于医疗器戒，医院、食堂等公共场合的金属表面，降低病菌繁殖的危险。

发明内容

本发明的目的在于提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料及其制备方法，所述含有石墨烯衍生物的水性涂料耐腐蚀性好并且具有良好的抗菌效果。

为达到上述目的，本发明提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料，包括氨基苯酚改性的石墨烯衍生物和成膜基质；所述石墨烯衍生物均匀分散于所述成膜基质内，以形成水性涂料。

优选的，所述成膜基质内含有水性有机树脂。

优选的，所述氨基苯酚包括邻氨基苯酚和间氨基苯酚中一种。

本发明还提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将氨基苯酚溶解于NaOH溶液中，并且超声溶解；

步骤2：将上述超声溶解后的溶液加入氧化石墨烯分散液中，形成混合溶液；

步骤3：将过硫酸铵加入至所述混合溶液中，反应得到黑褐色沉淀物；

步骤4：清洗并且过滤所述黑褐色沉淀物，得到石墨烯衍生物；

步骤5：将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，以形成分散液；

步骤6：将所述分散液与水性树脂混合，并加入分散助剂，制得含有石墨烯衍生物的水性涂料。

优选的，在步骤1中，将所述氨基苯酚溶解于0.2M-1M的NaOH溶液中，并且超声30min使其充分溶液。

优选的，在步骤2中，在所述氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯占分散液总量的重量百分比为0.1wt％-1wt％。

优选的，在步骤3中，将0.2M-2M的过硫酸铵加入至所述混合溶液中，在室温下搅拌8-10h,反应得到黑褐色沉淀物。

优选的，在步骤4中，分别用1M的盐酸、乙醇和去离子水清洗并过滤所述黑褐色沉淀物4-5次，以除去未反应的单体，得到石墨烯衍生物。

优选的，在步骤5中，将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，配置成浓度为2mg/ml的分散液。

优选的，在步骤6中，所述水性树脂包括水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂以及水性聚酯树脂中的一种；

所述分散助剂包括二甲基亚砜、乙二醇、甘油和乙醇中的一种或两种；

所述石墨烯衍生物占所述水性涂料总质量的0.1wt％-1wt％；

所述分散助剂的加入量小于所述水性涂料总质量的2wt％。

优选的，所述氨基苯酚为间氨基苯酚单体。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明的含有石墨烯衍生物的水性涂料其石墨烯衍生物的片层结构使其具有优异的物理阻隔性能，能够有效阻隔水和氧气等小分子腐蚀介质通过涂层，从而提高涂层的耐蚀性。

石墨烯衍生物添加的涂层具有优异的抗菌性能，抗菌机理主要有两种：一种是石墨烯片层物理切割细胞膜，从而破坏细菌；另一种是负载在石墨烯表面的聚氨基苯酚中游离的酚羟基团有着良好的抗菌作用。

该石墨烯衍生物与水性涂料有良好的相容性，解决了水性涂料中石墨烯片层的团聚和复叠的问题。

本发明的制备方法安全无毒、不使用挥发性有机溶剂、能耗低、符合环保生产的理念。

附图说明

图1为石墨烯衍生物扫描电子显微镜形貌；

图2为石墨烯衍生物添加的涂层对大肠杆菌的杀菌率(a)纯环氧涂层；(b)添加量为0.1wt％的石墨烯衍生物环氧涂层；(c)添加量为0.5wt％的石墨烯衍生物环氧涂层；(d)添加量为1wt％的石墨烯衍生物环氧涂层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

本发明提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料，包括氨基苯酚改性的石墨烯衍生物和成膜基质；所述石墨烯衍生物均匀分散于所述成膜基质内，以形成水性涂料。

在本实施例中，所述成膜基质内含有水性有机树脂。

在本实施例中，所述氨基苯酚包括邻氨基苯酚和间氨基苯酚中一种。

本发明还提出一种含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将氨基苯酚溶解于NaOH溶液中，并且超声溶解；

步骤2：将上述超声溶解后的溶液加入氧化石墨烯分散液中，形成混合溶液；

步骤3：将过硫酸铵加入至所述混合溶液中，反应得到黑褐色沉淀物；

步骤4：清洗并且过滤所述黑褐色沉淀物，得到石墨烯衍生物；

步骤5：将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，以形成分散液；

步骤6：将所述分散液与水性树脂混合，并加入分散助剂，制得含有石墨烯衍生物的水性涂料。

在本实施例中，在步骤1中，将所述氨基苯酚溶解于0.2M-1M的NaOH溶液中，并且超声30min使其充分溶液。

在本实施例中，在步骤2中，在氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯占分散液总量的重量百分比为0.1wt％-1wt％。。

在本实施例中，在步骤3中，将0.2M-2M的过硫酸铵加入至所述混合溶液中，在室温下搅拌8-10h,反应得到黑褐色沉淀物。

在本实施例中，在步骤4中，分别用1M的盐酸、乙醇和去离子水清洗并过滤所述黑褐色沉淀物4-5次，以除去未反应的单体，得到石墨烯衍生物。

在本实施例中，在步骤5中，将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，配置成浓度为2mg/ml的分散液。

在本实施例中，在步骤6中，所述水性树脂包括水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂以及水性聚酯树脂中的一种；

所述分散助剂包括二甲基亚砜、乙二醇、甘油和乙醇中的一种或两种；

所述石墨烯衍生物占所述水性涂料总质量的0.1wt％-1wt％；

所述分散助剂的加入量小于所述水性涂料总质量的2wt％。

在本实施例中，所述氨基苯酚为间氨基苯酚单体。

下面将通过实验数据对本发明做出进一步解释说明：

一种没有添加石墨烯衍生物的水性环氧树脂涂料。将水性环氧树脂单体和水性固化剂混合，两者质量比是4.5：1(根据该产品厂家提供的使用说明)。将碳钢基板依次用脱脂剂、乙醇、丙酮、去离子水清洗，将上述不含石墨烯衍生物的水性环氧涂料采用棒涂法进行涂覆，然后在80℃进行烘干10分钟，即获得石墨烯衍生物添加的涂层。

对上述各实施例和对照实施例中所得的石墨改性的水性树脂涂层的耐盐雾性能、抗菌性能进行测试，测试结果如下表所示：

从上表中可以看出，添加石墨烯衍生物的水性环氧涂料，可以使水性树脂涂层具有超高耐蚀性，连续盐雾测试600小时以上，仍未发生腐蚀。相对不含石墨烯的涂层，涂层的耐腐蚀性能得到了极大提高；此外，添加石墨烯衍生物的水性环氧树脂涂层的杀菌率与没有添加石墨烯衍生物的水性环氧涂层的杀菌率相比，从22％提高到92％，最高提高了70％。

综上所述，本发明提供的一种添加石墨烯衍生物的水性涂料制备方法和应用，添加石墨烯衍生物的水性涂料，放置2个月无沉淀物；进一步，本发明的添加含有石墨烯衍生物的水性涂料应用后所得的涂层具有超高耐蚀性，抗菌性，且更加的安全环保。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种含有石墨烯衍生物的水性涂料，其特征在于，包括氨基苯酚改性的石墨烯衍生物和成膜基质；所述石墨烯衍生物均匀分散于所述成膜基质内，以形成水性涂料。

2.根据权利要求1所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料，其特征在于，所述成膜基质内含有水性有机树脂。

3.根据权利要求1所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料，其特征在于，所述氨基苯酚包括邻氨基苯酚和间氨基苯酚中一种。

4.一种含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，制备如权利要求1-3中任意一项所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将氨基苯酚溶解于NaOH溶液中，并且超声溶解；

步骤2：将上述超声溶解后的溶液加入氧化石墨烯分散液中，形成混合溶液；

步骤3：将过硫酸铵加入至所述混合溶液中，反应得到黑褐色沉淀物；

步骤4：清洗并且过滤所述黑褐色沉淀物，得到石墨烯衍生物；

步骤5：将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，以形成分散液；

步骤6：将所述分散液与水性树脂混合，并加入分散助剂，制得含有石墨烯衍生物的水性涂料。

5.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，将所述氨基苯酚溶解于0.2M-1M的NaOH溶液中，并且超声30min使其充分溶液。

6.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，在所述氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯占分散液总量的重量百分比为0.1wt％-1wt％。

7.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤3中，将0.2M-2M的过硫酸铵加入至所述混合溶液中，在室温下搅拌8-10h,反应得到黑褐色沉淀物。

8.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤4中，分别用1M的盐酸、乙醇和去离子水清洗并过滤所述黑褐色沉淀物4-5次，以除去未反应的单体，得到石墨烯衍生物。

9.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤5中，将所述石墨烯衍生物分散在去离子水中，配置成浓度为2mg/ml的分散液。

10.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，在步骤6中，所述水性树脂包括水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂以及水性聚酯树脂中的一种；

所述分散助剂包括二甲基亚砜、乙二醇、甘油和乙醇中的一种或两种；

所述石墨烯衍生物占所述水性涂料总质量的0.1wt％-1wt％；

所述分散助剂的加入量小于所述水性涂料总质量的2wt％。

11.根据权利要求4所述的含有石墨烯衍生物的水性涂料的制备方法，其特征在于，所述氨基苯酚为间氨基苯酚单体。