[发明专利]具有高隔绝性石墨烯／环氧树脂复合防腐涂料及制备方法

说明书

本发明涉及金属腐蚀防护领域，具体为一种具有高隔绝性的石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料及制备方法。将石墨烯含量在5wt％的石墨烯/环氧树脂母料加入到普通环氧树脂中，再加入稀释剂和助剂搅拌使之分散均匀形成A组分；B组分为固化剂。按重量百分比计，A组分占53～93％，B组分占7～47％；A组份中，石墨烯的含量范围为0.03～2.3wt％。将两组分混合搅拌均匀即可制备出石墨烯/环氧树脂复合涂料，按常规方法施涂干燥后即可制备出具有高隔绝性的腐蚀防护涂层。与现有技术相比，本发明制备出的石墨烯/环氧涂层石墨烯用量少，同时可实现石墨烯在复合涂层中的均匀分散，因而可以赋予涂层极佳的防水、防腐蚀性、耐候性、耐酸碱性、耐冲击和耐人工老化等优点。

技术领域

本发明涉及金属腐蚀防护领域，具体为一种具有高隔绝性的石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料及制备方法。

背景技术

金属腐蚀是由于金属表面受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象，防腐蚀最常用且有效的方法是在金属表面涂覆防腐蚀涂层，将基体与水、氧等腐蚀介质隔绝。因此，涂层的阻隔性能使评价防腐涂料性能的主要因素之一。现有的腐蚀防腐涂料通常是以聚合物为主要成膜物质，如：环氧树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂等。聚合物在成膜过程中形成的结晶缺陷、微裂纹、针孔结构以及聚合物分子链段中极性基团的诱导作用，都会导致水、氧以及腐蚀性离子在涂层中的渗透，而这些结构的出现在成膜过程中是不可避免的。传统的隔绝性腐蚀防护涂层中会添加入一些高隔绝性的填料，如：玻璃鳞片、云母片等片状填料，与普通颗粒状填料不同，这类填料具有大的径厚比(片层横向尺寸/片层厚度)，化学性质稳定和腐蚀介质不透过的特点，它们在涂层中的均匀分布，可以增大腐蚀机制在涂层中的扩散路径，使其难以到达金属表面形成腐蚀。

石墨烯是一种由碳原子构成的新型纳米炭材料，其结构是有碳原子以sp2杂化轨道组成的蜂巢状二维晶体材料，其厚度为一个到数个单原子层(<3nm)，片层尺寸在数微米到数十微米。与传统隔绝性填料相比，石墨烯在以下三个方面具有非常明显的优势：

(1)更大的面径/厚度比：普通玻璃鳞片的片径通常为数十至数百微米，厚度在数百纳米到数微米的量级，其径厚比通常在100以下；插层剥离法宏量制备的石墨烯的片径通常在数微米至数十微米，而厚度仅为2～3纳米，其径厚比通常大于1000，并且石墨烯也是不可透过的。大的径厚比更有利于抑制腐蚀介质在涂层中的扩散；这意味着，相同厚度的涂层，石墨烯复合涂层可以实现更长的防护寿命；另一方面，也可以利用石墨烯本身极薄和高效阻隔的特点，制备出高 性能的薄层腐蚀防护涂层或隔离涂层。

(2)柔韧性：与脆性的玻璃鳞片或云母鳞片相比，石墨烯及其薄膜材料是一种强而韧的材料，这种性质使其复合涂层可以更好的抵御冲击、振动、摩擦等外界力作用造成的损伤并保证优异的附着力，从而提高涂层的防护效果。

(3)与聚合物分子良好的结合力：石墨烯表面的C＝C共轭结构以及边缘的悬键结构使其可以与大多数聚合物分子之间形成强的相互作用，使石墨烯片层与树脂材料之间良好的界面结合，从而保证良好的阻隔效果和机械强度。

但是，由于石墨烯具有高比表面积和纳米尺度的特点，使其在与聚合物树脂进行直接复合时极易发生团聚，即石墨烯片层聚集在一起，形成不分散的小颗粒，而非片层状的结构。这种分布形态不仅无法提高涂层的阻隔性能，反而会在涂层内部形成大量的孔隙结构，使得腐蚀介质更容易透过涂层造成金属基体的腐蚀。针对这一问题，申请人发明了“一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法”(专利申请号：201410617460.9)，基于该方法可以制备出重量百分比浓度为5wt％的石墨烯/环氧树脂母料，这一复合母料中的石墨烯处于高度分散状态，且可以用相同种类的环氧树脂进行稀释，并且在稀释过程中保持石墨烯的分散状态不变，这一方法解决了石墨烯在涂料应用中的分散问题。

发明内容