[发明专利]一种基于氧化石墨烯接枝的复合型防锈颜料及其在防腐涂料中的应用

说明书

本发明涉及防锈颜料及防腐涂料领域，具体为一种基于氧化石墨烯接枝的复合型防锈颜料及其在防腐涂料中的应用。氧化石墨烯作为一种屏障型二维、片状纳米材料，其高的表面能使其应用在涂料中容易团聚。本发明以氧化石墨烯的水分散液为原料，通过硅烷为接枝中间体，成功地将有机酸缓蚀剂接枝到氧化石墨烯上，获得了一种新型防锈颜料。利用接枝后产生的Si‑O‑C化学键的不稳定性，接枝后的产物容易发生水解反应而释放掉硅烷‑有机酸缓蚀剂部分，后者可以对钢具有明显的缓蚀作用。将接枝后的产物干燥，获得防锈颜料产品。此新型防锈颜料兼具氧化石墨烯的屏蔽作用和有机酸缓蚀剂的防锈作用。以0.1～0.5wt.％的比例加入到环氧涂料中，可用于钢基材的腐蚀防护。

技术领域

本发明涉及利用石墨烯改性制备新型颜料的制备技术和涂料技术，具体为一种基于氧化石墨烯接枝的复合型防锈颜料及其在防腐涂料中的应用。

背景技术

有机涂层被广泛用于防护钢结构，为钢结构提供屏障保护，延长钢结构使用寿命。在有机涂料中，需要添加填料、防锈颜料等具有屏障能力的物质，实现有机涂层的屏障效应，同时防锈颜料还能为钢基材提供缓蚀效应，在腐蚀介质在涂层中完全渗透的情况下为钢基材提供钝化保护。

石墨烯作为一种由碳原子构成的新型片状二维材料，具有许多优异的光学、电学和机械性能，在电子、化工、生物医药和能源等领域的应用前景广阔。利用石墨烯的高比表面积、高导电性、高化学稳定性、高热稳定性、良好的屏蔽性能和突出的力学性能。近年来，石墨烯涂料也已经成为石墨烯的重要应用研究领域。石墨烯已经被证明可以在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料等涂料体系中大幅提高涂料的综合性能。目前，石墨烯应用于防腐涂料中的方式大多是将石墨烯作为功能性填料进行添加。由于石墨烯的高表面活性，石墨烯极容易产生自身团聚。如果不经处理直接添加到涂料中，反而会造成涂层机械性能、防腐性能下降。由此带来的一个关键问题是如何解决石墨烯的分散稳定性难题，在实践中通常要制备石墨烯的分散液来解决这个难题。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化衍生物，氧化石墨烯表面具有丰富的官能团(羟基、羧基、环氧基)，含氧基团的存在为氧化石墨烯的表面改性提供了有效的途径。改性之后的氧化石墨烯能提高其在涂料中的分散性能和兼容性能，从而更有利于提高其为涂层提供的屏蔽性能。氧化石墨烯上丰富的官能团为接枝其他有机或无机材料，制备基于氧化石墨烯的复合型材料提供了可能。例如，Pourhashem等就以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)两种硅烷为原料成功对氧化石墨烯进行了接枝包覆。研究发现，改性后的氧化石墨烯分散性得到了极大的提高。另外，氧化石墨烯也可作为缓蚀剂载体使用。例如，Bahar Nikpour等研究了荨麻叶汁在氧化石墨烯纳米薄片(GONs)上的吸附行为。

实验结果表明，在酸溶液的pH为2时，荨麻叶汁在氧化石墨烯薄片上的吸附得到了提高，可增强其在氯化钠溶液中对碳钢的腐蚀抑制作用。然而，Bahar Nikpour利用的是氧化石墨烯的吸附作用，有机缓蚀剂荨麻叶汁并没有合氧化石墨烯形成键合作用。如果能够将有机缓蚀剂接枝到氧化石墨烯上，有机缓蚀剂能够通过水解反应释放，有望获得一种兼具屏障和缓蚀双重作用的复合型防锈颜料，且因为接枝其他分子，这种复合型防锈颜料将比普通的氧化石墨烯具有更好的分散性。这种复合型防锈颜料添加于涂料中，可望对钢基材提供优秀的腐蚀防护能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氧化石墨烯接枝的复合型防锈颜料及其在防腐涂料中的应用，实现复合型防锈颜料在涂层中的“屏蔽”和“钝化”两种功能。所要解决的问题是利用氧化石墨烯表面的官能团，接枝对钢有缓蚀作用的有机分子，制备复合型防锈颜料。将复合型防锈颜料添加到涂料中，形成基于接枝改性氧化石墨烯防锈颜料的涂料。

本发明的技术方案是：

一种基于氧化石墨烯接枝的复合型防锈颜料，该颜料为经过化学接枝改性后的氧化石墨烯，按重量份数计，氧化石墨烯30～60份，硅烷5～30份，有机酸缓蚀剂20～60份。