[发明专利]一种表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料的制备方法

说明书

本发明公开了一种表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，包括制备氧化石墨粉末，制备羟基和羧基的氧化石墨粉末，制备表面改性多层石墨微片金属盐溶液，制备含改性多层石墨微片的水溶性醇酸树脂，制备表面改性多层石墨微片水性环氧树脂以及制备双组份防腐涂料。本发明的有益效果是：本发明的表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料内石墨稳定的sp2杂化结构附着于基材表面，使其能在基材与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，防止水分子、氧气、氯离子等腐蚀性因子的渗入，使涂料具有很好的耐候性、耐久性、保光性和保色性，不易粉化、泛黄，装饰性好。

技术领域

本发明涉及环氧树脂防腐涂料，尤其涉及一种表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料的制备方法。

背景技术

传统环氧树脂涂料还有大量的有机溶剂，有机溶剂具有易燃、易爆、毒性和危害环境，使得传统环氧树脂涂料高污染高风险；水性环氧树脂涂料具有无毒、不燃、不污染环境、节省能源等优点。但是，水性环氧树脂在许多性能如耐化学品性、耐磨性、硬度、耐水性等不如溶剂型环氧树脂涂料。

石墨微片中的片层是一种由碳原子构成的新型层片状结构的二维(2D)层状材料，是由C原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜。每个晶格内有3个σ键，连接十分紧密,形成稳定的正六边形结构，而垂直于晶面方向的π键在其导电导热过程中起到了重要的作用。

独特的结构使石墨微片在防腐防磨领域展现了巨大的潜力。首先，石墨稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨具有很好的热稳定和化学稳定性，不论在高温条件下，还是在有腐蚀或者氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定。石墨还是目前为止最薄的材料，其对基材的影响可以忽略不计；同时还兼具很高的强度和良好的摩擦学性能，不仅能提高导电性或耐烟雾性，还能进一步降低涂层厚度，增强对基材的附着力，提高涂料的耐磨性。能增强防腐材料的韧性、附着力、耐水性、硬度等物理化学性能。

但是石墨的共轭结构导致其与水及聚合物的相容性较差，当加入量太少时，涂料的硬度和耐磨性改善不明显，当石墨加入量过多时，石墨在涂料中容易造成团聚形成孔洞，造成缺陷，这不仅没有使性能得到改善，反而给水分子、氧气、氯离子等腐蚀因子进入涂层渗入到基底提供了通道，加速了基底的腐蚀，因而其在涂料领域的应用受到很大的限制。

发明内容

本发明针对现有环氧树脂涂料防腐效果差的问题，提供一种表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种表面改性石墨微片水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备氧化石墨粉末：将10g研磨好的石墨粉浸入200ml浓硝酸中，0℃下浸泡1-2h，降温至-15℃，加入1ml浓磷酸和40g高铁酸钾，-10℃-60℃反应0.5-24h后离心分离，将滤饼用去离子水洗涤至洗液pH为6-7，置于真空干燥箱中，60℃-70℃干燥4-6h，制得氧化石墨粉末；

2)制备羟基和羧基的氧化石墨粉末：将氧化石墨粉末在含有NaBH₄和CaCl₂的溶液中浸泡8-10h后过滤，将滤饼用去离子水洗涤后在干燥箱内60℃干燥6h，得含有羟基和羧基多层石墨粉末；

3)制备表面改性多层石墨微片金属盐溶液：将步骤2)所得含有羟基和羧基多层石墨粉末充分研磨后，加至去离子超纯水中，在30℃-80℃下搅拌1-2h，加入金属盐，搅匀，用KOH溶液调至pH值≥8，50℃-100℃搅拌0.5h，冷却、过滤制得表面改性多层石墨微片金属盐溶液；

4)制备含改性多层石墨微片的水溶性环氧树脂：将水溶性环氧树脂pH调至7-8；加入步骤3)所得表面改性多层石墨微片金属盐溶液，分散均匀后，调整固含量为50％-60％，过滤得含改性多层石墨微片的水溶性环氧树脂；