CN109971323A - 氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氧化石墨烯‑碳量子点复合物改性防腐涂料及制备方法，属于涂料技术领域，其原料包括氧化石墨烯‑碳量子点纳米复合物、水性醇酸树脂、钛白粉、硫酸钡、分散剂、消泡剂、增稠剂、助剂和固化剂，其制备方法包括氧化石墨烯‑碳量子点纳米复合物制备、氧化石墨烯‑碳量子点浆料制备、预制涂料制备以及加入固化剂混合获得该防腐涂料。本发明提供的防腐涂料防腐性能好，力学强度高，环保性强，提高的制备方法，工艺简单，容易操作。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料及制备方法。
背景技术
金属材料作为一种性能优异的结构材料，在现代工业中占据重要地位。而普遍存在的金属腐蚀情况对国民经济造成了巨大损失，这迫切要求研究者开发出有效的防护手段以缓解金属的腐蚀情况。石墨烯以其独特的结构性能在金属材料防腐领域的应用中具有巨大的潜力。近年来，基于石墨烯的防腐应用研究主要集中在纯石墨烯防腐涂层以及石墨烯复合防腐涂层。纯石墨烯防腐涂层存在对石墨烯品质要求高、抗氧化腐蚀效能时间短、对设备要求高、难以大规模制备等缺点，在实际应用中有很多局限性。与纯石墨烯防腐涂料相比，石墨烯复合防腐涂料能够兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速导电性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、成膜性，可协同提高涂料的综合性能。另外，石墨烯复合防腐涂料的制备方法和涂覆工艺等都可建立在传统涂料生产的工艺基础上，在工业化合成和产业化应用中表现出很好的可控性和施工性。因此，石墨烯复合防腐涂料成为新型防腐蚀涂层材料研究的重点。醇酸树脂因其原料廉价易得、干燥速率快、硬度、耐候性等性能优良，是一种合适的防腐涂料。
目前，石墨烯复合防腐涂料的研究还主要以溶剂型复合材料为主，并已有企业实现了产业化。但是，随着人们环保意识的不断提高，世界各国对防腐涂料的发展提出越来越多的要求，溶剂型防腐涂料含有大量的有毒重金属和挥发性有机物质(VOC)，其发展受到越来越多的限制。水性涂料因低污染、易净化、无刺激等特点，成为涂料行业大力发展的的方向，石墨烯复合防腐涂料的力学强度和性能仍有待提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料及制备方法，防腐性能好，力学强度高，环保性强，制备工艺简单。
本发明提供了如下的技术方案：
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，原料包括氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物、水性醇酸树脂、钛白粉、硫酸钡、分散剂、消泡剂、增稠剂、助剂和固化剂，各原料的质量份数分别为：氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2-15份、水性醇酸树脂20-30份、钛白粉5-20份、硫酸钡6-30份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.2-0.5份、增稠剂0.1-0.5份、助剂3-10份以及固化剂5-30份。
优选的，所述分散剂为具有与水性醇酸树脂溶液相容的自由伸展链的高分子聚合物溶液。
优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
优选的，所述增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。
优选的，所述助剂为防沉剂、流平剂、润湿剂、附着力促进剂、催干剂中的至少一种，所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相碳量子点中的一种，所述流平剂为丙烯酸类流平剂、有机硅类流平剂中的一种，所述润湿剂为烷基硫酸盐、磺酸盐中的一种，所述附着力促进剂为乙酰乙酸类促进剂，所述催干剂为钴催干剂、锰催干剂中的一种。
优选的，所述固化剂为脂肪族多元胺类固化剂。
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取1-5质量份的柠檬酸锌、1-5质量份的尿素溶于水中，然后加入1-5质量份的氧化石墨烯水溶液中，在160-220℃条件下水热反应5-12h，离心取上层清液，使用滤膜滤去杂质及未反应物，将滤液冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物；
S2、将氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2-15份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.2-0.5份、增稠剂0.1-0.5份及第一助剂混合，得到氧化石墨烯-碳量子点浆料；
S3、将S1中的氧化石墨烯-碳量子点浆料、水性醇酸树脂20-30份、钛白粉5-20份、硫酸钡6-30份与第二助剂混合得到预制涂料；
S4、将预制涂料与固化剂5-30份混合，得到氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料；
所述S2和所述S3中第一助剂与第二助剂的质量份数之和为3-10份。
优选的，所述S1中的氧化石墨烯由Hummers法制得，其粒径为8-20nm，层数＜10层。
优选的，所述S2中的第一助剂为润湿剂、流平剂和防沉剂。
优选的，所述S3中的第二助剂为附着力促进剂和催干剂。
本发明的有益效果是：
(1)碳量子点和氧化石墨烯表面的羟基、羧基和环氧基团通过氢键、脱水缩合作用结合，使石墨烯片层之间结合更加紧密，从而提高其机械强度，进一步的，氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物使水性醇酸树脂涂料具有良好的力学强度。
(2)碳量子点与氧化石墨烯的复合促进了氧化石墨烯在水性醇酸树脂中的分散，有利于提高涂料的均一性和稳定性。
(3)氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物的加入，大幅提升了水性醇酸树脂涂料的防腐性能，减慢了腐蚀速率，延长了抗腐蚀时间。
(4)本发明以水性醇酸树脂为原料，不需使用大量的有机溶剂，环保性强。
具体实施方式
实施例1
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，包括以下质量份数的原料：氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2份、水性醇酸树脂25份、钛白粉5份、硫酸钡6份、乙二醇分散剂1.5份、有机硅消泡剂0.2份、聚丙烯酸钠0.1份、助剂5份、脂肪族多元胺固化剂30份、去离子水25份。其中助剂为防沉剂、流平剂、润湿剂、附着力促进剂和催干剂。
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取5质量份的柠檬酸锌、5质量份的尿素溶于水中，然后加入5质量份的氧化石墨烯水溶液中，在220℃条件下水热反应5h，离心取上层清液，使用滤膜滤去杂质及未反应物，将滤液冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物，其中氧化石墨烯由Hummers法制得，其粒径为8nm，层数＜10层；
S2、将氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2份、分散剂1.5份、有机硅消泡剂0.2份、增稠剂0.1份、烷基硫酸盐润湿剂0.5份、丙烯酸流平剂0.5份、聚酰胺蜡防沉剂0.5份和去离子水20份混合，得到氧化石墨烯-碳量子点浆料；
S3、将S1中的氧化石墨烯-碳量子点浆料、水性醇酸树脂25份、钛白粉5份、硫酸钡6份、乙酰乙酸附着力促进剂1份和钴催干剂0.5份混合，用砂磨机研磨得到预制涂料；
S4、将预制涂料与固化剂30份混合，使用搅拌机在600rpm转速下搅拌得到氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料。
实施例2
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，包括以下质量份数的原料：氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物5份、水性醇酸树脂20份、钛白粉10份、硫酸钡20份、乙二醇分散剂1份、有机硅消泡剂0.5份、聚丙烯酸钠0.5份、助剂3-10份、脂肪族多元胺固化剂5份、去离子水33份。其中助剂为防沉剂、流平剂、润湿剂、附着力促进剂和催干剂。
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取1质量份的柠檬酸锌、1质量份的尿素溶于水中，然后加入1质量份的氧化石墨烯水溶液中，在160℃条件下水热反应12h，离心取上层清液，使用滤膜滤去杂质及未反应物，将滤液冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物，其中氧化石墨烯由Hummers法制得，其粒径为8nm，层数＜10层；
S2、将氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物5份、分散剂1份、有机硅消泡剂0.5份、增稠剂0.5份、烷基硫酸盐润湿剂1份、丙烯酸流平剂1份、聚酰胺蜡防沉剂1份和去离子水20份混合，得到氧化石墨烯-碳量子点浆料；
S3、将S1中的氧化石墨烯-碳量子点浆料、水性醇酸树脂20份、钛白粉10份、硫酸钡20份、乙酰乙酸附着力促进剂1份和钴催干剂1份混合，用砂磨机研磨得到预制涂料；
S4、将预制涂料与固化剂5份混合，使用搅拌机在500rpm转速下搅拌得到氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料。
实施例3
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，包括以下质量份数的原料：氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物15份、水性醇酸树脂20份、钛白粉10份、硫酸钡10份、乙二醇分散剂1.5份、有机硅消泡剂0.5份、聚丙烯酸钠0.5份、助剂10份、脂肪族多元胺固化剂5份、去离子水28份。其中助剂为防沉剂、流平剂、润湿剂、附着力促进剂和催干剂。
氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取3质量份的柠檬酸锌、3质量份的尿素溶于水中，然后加入3质量份的氧化石墨烯水溶液中，在200℃条件下水热反应8h，离心取上层清液，使用滤膜滤去杂质及未反应物，将滤液冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物，其中氧化石墨烯由Hummers法制得，其粒径为10nm，层数＜10层；
S2、将氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物15份、分散剂1.5份、有机硅消泡剂0.5份、增稠剂0.5份、烷基硫酸盐润湿剂2份、丙烯酸流平剂2份、聚酰胺蜡防沉剂3.5份和去离子水20份混合，得到氧化石墨烯-碳量子点浆料；
S3、将S1中的氧化石墨烯-碳量子点浆料、水性醇酸树脂20份、钛白粉10份、硫酸钡10份、乙酰乙酸附着力促进剂1份和钴催干剂1.5份混合，用砂磨机研磨得到预制涂料；
S4、将预制涂料与固化剂5-30份混合，使用搅拌机在800rpm转速下搅拌得到氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料。
对实施例1-3获得防腐涂料进行性能测试，结果如下表1。
表1实施例1-3防腐涂料的性能测试表
由表1可知，实施例1-3所制备的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，耐水性、耐酸性、耐碱性、抗冲击性等各项性能均明显优于国家标准。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，原料包括氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物、水性醇酸树脂、钛白粉、硫酸钡、分散剂、消泡剂、增稠剂、助剂和固化剂，各原料的质量份数分别为：氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2-15份、水性醇酸树脂20-30份、钛白粉5-20份、硫酸钡6-30份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.2-0.5份、增稠剂0.1-0.5份、助剂3-10份以及固化剂5-30份。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，所述分散剂为具有与水性醇酸树脂溶液相容的自由伸展链的高分子聚合物溶液。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚丙烯酸类增稠剂。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，所述助剂为防沉剂、流平剂、润湿剂、附着力促进剂、催干剂中的至少一种，所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相碳量子点中的一种，所述流平剂为丙烯酸类流平剂、有机硅类流平剂中的一种，所述润湿剂为烷基硫酸盐、磺酸盐中的一种，所述附着力促进剂为乙酰乙酸类促进剂，所述催干剂为钴催干剂、锰催干剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料，其特征在于，所述固化剂为脂肪族多元胺类固化剂。
7.氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取1-5质量份的柠檬酸锌、1-5质量份的尿素溶于水中，然后加入1-5质量份的氧化石墨烯水溶液中，在160-220℃条件下水热反应5-12h，离心取上层清液，使用滤膜滤去杂质及未反应物，将滤液冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物；
S2、将氧化石墨烯-碳量子点纳米复合物2-15份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.2-0.5份、增稠剂0.1-0.5份及第一助剂混合，得到氧化石墨烯-碳量子点浆料；
S3、将S1中的氧化石墨烯-碳量子点浆料、水性醇酸树脂20-30份、钛白粉5-20份、硫酸钡6-30份与第二助剂混合得到预制涂料；
S4、将预制涂料与固化剂5-30份混合，得到氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料；
所述S2和所述S3中第一助剂与第二助剂的质量份数之和为3-10份。
8.根据权利要求7所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述S1中的氧化石墨烯由Hummers法制得，其粒径为8-20nm，层数＜10层。
9.根据权利要求7所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述S2中的第一助剂为润湿剂、流平剂和防沉剂。
10.根据权利要求7所述的氧化石墨烯-碳量子点复合物改性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述S3中的第二助剂为附着力促进剂和催干剂。
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