[发明专利]磷化聚苯胺-二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法

说明书

磷化聚苯胺‑二氧化硅接枝改性石墨烯/水性含环氧基硅树脂复合涂层的制备方法，涉及一种硅树脂复合防腐涂层的制备方法。目的是解决现有的复合涂层制备时改性石墨烯、聚苯胺在高分子树脂中的分散性差、工艺复杂、存在环境污染的问题。方法：通过共价键将二氧化硅锚定在氧化石墨烯表面制备氧化石墨烯‑二氧化硅复合材料，采用植酸作为改性剂，制备磷化聚苯胺‑二氧化硅接枝改性石墨烯复合材料并将与含环氧基水性硅树脂复合固化。本发明提高了石墨烯、聚苯胺的分散性，改善了复合涂层的疏水性，石墨烯和聚苯胺的协同作用发挥的更为明显，提高了水性涂层的防腐蚀性能。本发明适用于制备硅树脂复合防腐涂层的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种硅树脂复合防腐涂层的制备方法。

背景技术

金属材料是人们生活和社会发展不可缺少的一部分，其作用不可替代。然而，金属的腐蚀现象也非常普遍。每年因金属腐蚀带来的经济损失是难以估量的。所以对金属的防护尤为重要，对金属有效的防护一直是人们追求的目标。目前，对金属防护有很多种方法。其中，最直接有效的办法，就是在基材表面涂覆防腐涂层材料，这样可以在很大程度上延长金属的使用寿命。

传统上，聚合物常用于防腐涂层中，在金属表面和周围环境之间建立一个屏障，防止腐蚀离子通过涂层渗透到金属表面，从而保护金属免受腐蚀。涂料按照成膜物质可分为天然树脂类、丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、有机硅树脂类等。其中，有机硅树脂具有良好的稳定性，抗氧化性和防腐蚀性，是目前性能较为优异的成膜物之一。含氧基硅烷可以在水溶液中通过“溶胶-凝胶”法进行水解反应，硅烷化合物在水解后可在金属或合金的表面自发的形成共价键。这种金属-氧-硅键可以通过缩合反应生成硅树脂。硅树脂中的硅原子能够增加在金属或合金表面形成的烷氧基和和共价键的数量，进而增强了电解质渗透的抵抗力，提高了涂层的防腐蚀性能。但是在形成膜的同时，大量的溶剂挥发，会在不同程度上形成裂痕和微孔，从而影响了涂层的致密性，使涂层整体防腐蚀性能降低。而且，传统的涂层材料由于有机溶剂的挥发给人的健康和环境带来危害。以水为溶剂或分散剂的水性涂层是目前防腐蚀涂层的发展方向。

单纯的聚合物涂层只能起到一定的屏障作用，性能不是十分理想，研究表明在聚合物涂层中加入防腐蚀功能材料可以有效提高涂层对金属的防腐蚀性能。在此之前最常用的材料是铬酸盐，其可以保护Q235钢、AA7075等金属免受腐蚀，但由于铬离子具有毒性和致癌性，在世界范围内的使用受到限制。因此，亟需一种无毒、环保的材料替代含铬酸盐来解决腐蚀问题。添加功能防腐蚀填料是进一步提高涂层防腐蚀性能的有效手段，通常包含提高屏蔽性能的片层填料和对金属腐蚀有抑制作用的填料，如黏土或蒙脱土、TiO₂或Al₂O₃、稀土、石墨烯以及聚苯胺等。

石墨烯是一种碳原子以sp²杂化轨道构成的仅有单原子层厚度的新型二维碳纳米材料，具有超大的比表面积，优异的导电性、导热性、抗氧化性和抗渗透性。石墨烯可以提高复合涂层的屏蔽性能，有效阻隔水、氧气等小分子及Na⁺、Cl^-等腐蚀离子的透过，在金属防护涂层领域有着巨大的应用潜力。虽然石墨烯具有优异的性能，但实际上石墨烯并不是理想的六边形蜂窝晶格和二维结构，其在结构上仍有许多缺陷，氧化石墨烯的氧化基团在结构上形成了纳米孔洞。所以石墨烯本身并不是不可穿透的。而且，由于高比表面积和强范德华力，石墨烯片层容易聚集在一起，限制了其在复合涂层材料中的应用。改善石墨烯的缺陷，使石墨烯更好的分散，才能使石墨烯发挥出更好的性能。纯石墨烯或氧化石墨烯的分散很困难。一般通过搅拌或超声等物理手段直接分散。未改性的简单机械分散效果不理想，相关研究较少。为了提高分散效率，通常对石墨烯表面进行一定的基团修饰。修饰基团与石墨烯结合的方式分为共价键合和非共价键物理吸附。物理吸附机制包括静电吸附、轨道共轭和氢键。在分散剂或修饰基团方面，有有机小分子、有机聚合物和无机纳米氧化物。这些提高了改性石墨烯在高分子树脂中的分散性。