[发明专利]一种石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料的制备方法，其通过硅烷偶联剂对石墨烯进行表面功能改性，然后将丙烯酸酯类单体在其表面进行原位聚合，再采用乳液聚合法将有机氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯与丙烯酸类单体进行共聚，得到以石墨烯为核层，丙烯酸酯为中层，甲基丙烯酸六氟丁酯为壳层的新型水性防腐涂料。本发明通过有机氟的低表面张力大幅度提升丙烯酸酯的耐水性、耐油污性、耐候性及防腐性，并通过原位聚合引入石墨烯，得到石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料，所得水性防腐涂料具有优异的机械性能和防腐蚀性能。

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料，其机械性能和防腐性能得到显著提高。

背景技术

石墨烯作为继富勒烯和碳纳米管发现之后的又一种新型碳同素异形体，具有多种非凡性能，如超大的理论比表面积、良好的导电导热性、优良的力学性能和光学性能等特点，已经成为新一代超级电容器电极材料的选择，另外其机械特性也非常突出，石墨烯的理论强度达到130GPa，是聚合物的理想增强助剂。石墨烯能够提高涂料防腐性，有物理防腐和电化学防腐多重作用。石墨烯片层的共轭结构，在涂层中层层叠加形成致密的隔绝层，阻隔水分对涂膜的浸润与渗透，起到物理防腐作用，而石墨烯表面疏水特性加强了防水渗透性；钢铁底材阳极反应使Fe失去电子逐步腐蚀，石墨烯的导电性能可以阻止Fe→Fe³⁺反应，防止铁锈生成，起到电化学防腐的作用。

有机氟类单体，是有机化合物分子中与碳原子连接的氢被氟取代的一类元素有机化合物。分子中全部碳-氢键都转化为碳-氟键的化合物称全氟有机化合物，部分取代的称单氟或多氟有机化合物。由于氟是电负性最大的元素，多氟有机化合物具有化学稳定性、表面活性和优良的耐温性能等特点。含氟丙烯酸酯共聚物乳液能在室温下成膜，其乳胶膜的表面能低且具有耐热、耐久、耐水、耐油、耐化学介质等优异的综合性能，展示了广阔的应用前景。含氟丙烯酸酯共聚物乳液成膜时，全氟烷基向空气中伸展，氟碳键中的电子被紧紧地束缚在原子的周围，这种紧密堆积取向的排列赋予了乳胶膜极低的表面能。就降低表面能而言，在全氟烷基中-CF基团的贡献最大，因此具有-CF端基的氟化丙烯酸酯共聚物，表面性能特别优异。

丙烯酸酯类单体具有碳碳不饱和双键，经聚合反应生成丙烯酸酯类树脂，不仅具有很高的光、热和化学稳定性，而且具有透明度高、色泽浅、光亮丰满、保色性优、成膜性好、涂膜坚韧及优异的耐候性、耐腐蚀性、耐化学药品、耐沾污性和附着力高等优点，并且具有原料来源丰富、成本相对较低的特点。

发明内容

本发明针对现有丙烯酸酯涂料耐水性不佳、硬度不够等缺点进行改进，提供一种石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料的制备方法，其利用石墨烯强有力的机械性能以及层状结构形成致密的隔绝层，并通过电化学防腐进一步提升丙烯酸酯的机械性能及防腐性能；同时利用有机氟类单体的极低表面能、化学稳定性和优良的耐温性能提升丙烯酸酯的防腐性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料，其是采用硅烷偶联剂对石墨烯进行表面功能改性，然后将丙烯酸酯类单体在其表面进行原位聚合，再采用乳液聚合法将有机氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯与丙烯酸类单体进行共聚，得到以石墨烯为核层、丙烯酸酯为中层、甲基丙烯酸六氟丁酯为壳层的一种核层-中层-壳层结构的新型水性防腐涂料。

所述石墨烯/有机氟改性丙烯酸酯水性防腐涂料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）KH-550表面改性的氧化石墨烯的制备：将可膨胀石墨于10kW、950℃微波裂解30s，获得膨胀石墨，再通过改性Hummers法制备氧化石墨烯；然后在所得氧化石墨烯的乙醇溶液中加入稀盐酸调节pH为3~4，并加入硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液，超声处理30min后，在60℃下搅拌反应24小时，过滤，产物用去离子水和乙醇洗涤至中性，并冷冻干燥，得到KH-550表面改性的氧化石墨烯；所用硅烷偶联剂KH-550与氧化石墨烯的质量比为3:1；