[发明专利]一种含复合功能化改性氧化石墨烯的水性环氧基防腐涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于涂料领域，公开一种含复合功能化改性氧化石墨烯的水性环氧基防腐涂料及其制备方法和应用。采用氨基酸和二氧化钛共同对氧化石墨烯进行功能化改性，得到复合功能化改性氧化石墨烯，并将其作为腐蚀抑制剂与自乳化水性环氧固化剂、环氧树脂、硅氟烷偶联剂、分散剂、促进剂、消泡剂和流平剂复合形成防腐涂料。本发明的防腐涂料成膜后的耐酸碱性、耐水性、耐盐雾性及疏水性性能优良，可适用应用于金属防腐领域。

技术领域

本发明属于涂料领域，特别涉及一种含复合功能化改性氧化石墨烯的水性环氧基防腐涂料及其制备方法和应用。

背景技术

有机涂层是控制和延缓金属腐蚀的常用措施，然而，传统的溶剂型防腐涂料在钢铁制品及其设施涂装过程中含有的大量挥发性有机化合物(VOCs)已成为大气污染源之一，严重危害环境及人类健康。因此水性防腐涂料因其环保，无毒且易清洗等优势已经成为涂料行业必然的发展趋势。然而，与溶剂型工业涂料相比，水性防腐涂料为了实现树脂的水性化，不可避免的要引入大量的亲水性基团或物质，以提高树脂的水分散性从而降低涂料的VOCs。水性涂料产品在成膜过程中，残留的亲水性基团或表面活性剂会在成膜过程中经分子重排而形成极性通道，这将加速水分吸收和渗透，使涂层劣化并引发腐蚀，其长期防腐性能远不及溶剂涂层。

环氧树脂涂料作为金属腐蚀防护涂料中应用最为广泛的一种，受到了各方的高度重视。近年来大量的研究表明，在涂料中添加金属或非金属氧化物纳米填料，例如SiO₂，TiO₂，Al₂O₃等，不仅可以提升水性环氧树脂涂层的力学性能和热稳定性，而且可以增强水性环氧树脂的防腐性能。其中，二氧化钛具有无毒，耐腐蚀性好，遮盖力高，着色力强，紫外光屏蔽能力强，抗老化性能好等优点，因而被研究者们大量应用在研究中。石墨烯是一种具有单层原子的平面维碳纳米材料。自2004年发现能够通过机械剥离制备石墨烯以来，石墨烯以其优异的电学、光学、机械、热学等性能备受关注。近年来，石墨烯在柔性电极、微电子器件、超级电容器和生物医学应用领域显示出广泛的应用。此外，石墨烯由于其较小的粒径和较大的表面积，在腐蚀防护方面具有广阔的应用前景。与传统颜料相比，具有防止腐蚀性介质扩散到金属基体的阻隔能力。但是因未经表面处理的、结构规整的石墨烯有团聚的倾向，不易在聚合物内部实现均匀分散，所以未经表面处理的石墨烯不适用于聚合物复合材料中。为了提高聚合物/石墨烯纳米复合材料的性能，对石墨烯进行表面处理显得尤为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含复合功能化改性氧化石墨烯的水性环氧基防腐涂料及其制备方法和应用。本发明采用氨基酸和二氧化钛共同对氧化石墨烯进行功能化改性，得到复合功能化改性氧化石墨烯，并将其作为腐蚀抑制剂与水性环氧树脂复合形成防腐涂料应用于金属防腐。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种含复合功能化改性氧化石墨烯的水性环氧基防腐涂料，包括以下按质量份数计的组分：

所述的复合功能化改性氧化石墨烯的结构式如下式Ⅰ所示：

，

式Ⅰ中R为

其中的一种或两种以上；式Ⅰ中R₂为：

所述的自乳化水性环氧固化剂的结构式如下式Ⅱ所示：

，

式Ⅱ中R为：