[发明专利]一种石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料及其制备方法，其是在含有阳离子活性剂的水溶液中制备粒径均匀的纳米聚苯乙烯粒子分散体，然后通过自由基聚合改性在聚苯乙烯粒子中引入增进交联的亚甲基双丙烯酰胺，再利用其对石墨烯进行协助分散，从而通过将得到的石墨烯/改性聚苯乙烯复合增强剂加入到环氧树脂体系中共混，得到新型的石墨烯复合水性环氧树脂涂料。本发明中可交联水性聚苯乙烯的加入提升了漆膜的致密度并增强了体系的耐水性，同时保留了石墨烯优异的物理化学性质，因此制备的石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料具有优异的机械性能和防腐蚀性能，具有显著的应用价值。

技术领域

本发明属于水性涂料领域，具体涉及一种石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料及其制备方法。

背景技术

随着人们环保意识和社会环保需求的逐渐提高，过去化工领域的一系列产品因原材料和添加剂等对人体和环境不友好、性能不佳等原因都面临着更新换代。在涂料领域中，水性涂料作为替代传统有机溶剂型涂料的产品，不含或者少量含有可挥发有机化合物（VOC），安全系数高，对环境和人体低毒害，需求量日益增多。

石墨烯作为碳的一种同素异形体，具有良好的导电导热性、优异的力学性能和光学性能。相关研究已经证明了聚合物中掺杂石墨烯能有效提高复合产物的各项特性，将其应用到涂料中能通过物理阻隔阻挡外界介质的进入，极大提高涂层的金属防腐蚀能力。但是石墨烯本身具有疏水性和亲油性，其在非极性溶剂中溶解性良好，但在水中会发生团聚而影响其适用性，限制了石墨烯在水性涂料中的使用，如何在水介质中发挥石墨烯的作用是许多研究人员着力解决的问题。

苯乙烯含有双键和苯环结构，能与其他单体之间通过自由基聚合的方式共聚，可用于增加共聚物的硬度与耐水性等，其本身不溶于水，通过与表面活性剂等进行悬浮聚合能得到稳定的水分散体。苯乙烯侧链苯环与石墨烯之间拥有相似结构，可产生非共价π-π键，水分散聚苯乙烯粒子可以取代石墨烯分散剂的作用协助石墨烯的分散，减少团聚的发生，改善石墨烯在水介质中的分散性。但是当将聚苯乙烯用于水性涂料中时，水性涂料固化后依旧存在大量亲水基团，且聚苯乙烯与树脂基体间不存在化学反应，相容性差，固化后的涂层仅能增加耐水性与硬度，对涂层的交联密度造成了明显的破坏，因此会显著降低涂层的抗拉强度和抗弯强度。如何实现在提高耐水性的同时增强其他力学性能具有一定难度。

亚甲基双丙烯酰胺是一种常见的化工原料，在高分子化工领域常作为交联剂或者粘合剂使用，常温下水溶性差导致其在水性体系中少有使用，仅在溶剂型体系中作为环氧树脂固化剂有所运用。但是其分别具有双键和仲胺基团，使其具有了应用于烯类自由基聚合物和环氧树脂以使两者相容性提高方面的潜力，并且分子上的极性基团可以通过中和增加其在水中的溶解性，因此经弱酸中和的亚甲基双丙烯酰胺是一种用来提高聚苯乙烯与环氧树脂相容性的极佳原料，在固化后可以解决涂层抗拉强度与抗弯强度明显下降的问题。

十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐溶于水后具有很好的分散性，成膜后机械性能良好，可作为一种优良的分散助剂，且其是一种常用的抗静电剂，可作为聚合物合成中的空间稳定剂。

通过对水分散聚苯乙烯表面改性接枝亚甲基双丙烯酰胺得的分散体，并以此分散石墨烯，可在不添加石墨烯分散剂的条件使得到的漆膜致密度高、抗拉抗弯强度好、硬度高、耐水性强、耐蚀性能优良。

发明内容

针对现有水性环氧树脂涂料耐水性不佳、耐腐蚀性、抗拉抗弯强度不够等缺点，本发明提出一种石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料及其制备方法。其利用水分散性的改性聚苯乙烯对石墨烯进行协助分散，以充分发挥石墨烯极佳的力学性能以及层片状结构的优势，并利用亚甲基双丙烯酰胺提高聚苯乙烯与水性环氧树脂固化后的相容性，从而使水性环氧树脂基体中能复合形成一层致密的疏水性保护层，从而有效提高整个涂料体系的力学性能、附着力、硬度、耐水性等性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯/聚苯乙烯增强水性环氧树脂复合涂料，其制备方法具体包括如下步骤：