[发明专利]基于二价锌离子改性氧化石墨烯的水性环氧涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二价锌离子改性氧化石墨烯的水性环氧涂层及其制备方法，属于耐蚀涂层材料领域。本发明通过调解溶液pH值，选择六水硝酸锌为前驱体，实现二价锌离子在氧化石墨烯上的负载，得到改性氧化石墨烯填料；该填料加到水性环氧及固化剂中混合，固化后得到GO@Zn(II)/WEC涂层。在3.5％wt.NaCl溶液中，与空白水性环氧涂层WEC相比，GO@Zn(II)/WEC涂层的耐蚀性提高2.6倍以上，腐蚀电流密度显著降低，大幅度增强了涂层抵抗氯离子腐蚀的能力。本发明工艺简单易操作，负载了二价锌离子的氧化石墨烯提高了氧化石墨烯在水性环氧涂层中的分散性，显著提高了水性环氧涂层在海水环境下的耐蚀性。

技术领域

本发明涉及耐蚀涂层材料技术领域，具体涉及一种基于二价锌离子改性氧化石墨烯的水性环氧涂层及其制备方法，该涂层可用于阻止海洋环境中氯离子引起的腐蚀。

背景技术

在海洋环境下长期服役的金属结构，如混凝土中的钢筋，会因为侵蚀性离子(如Cl^-、SO₄^2-、H₂O等)的存在而发生严重的电化学腐蚀，导致海洋工程结构强度下降，服役寿命缩短，造成巨大的经济损失。

涂覆环保的水性环氧树脂涂层是应对混凝土中钢筋腐蚀的有效方法之一。然而，WEC本身致密性较差，且在构建及应用过程中产生空洞、细纹等大量微观缺陷，为腐蚀性组分的提供了扩散通道，致使涂层的物理阻隔性能并不理想。涂层致密性问题可通过添加填料来解决，目前有众多基于氧化石墨烯改性的填料被发明并公布。但大多存在合成步骤复杂、需要高温甚至高压的苛刻条件。因此，开发制备简易、效果显著的水性环氧涂料，提高WEC致密性进而增强涂层的腐蚀防护性能，是环氧涂层行业亟待突破的瓶颈问题。

发明内容

针对现有技术采用水性环氧涂层致密性差不能有效阻挡腐蚀性介质对金属基底的扩散、以及涂层损伤后不能在腐蚀部位自发产生修复功能从而阻断腐蚀进程等问题，本发明提供了一种基于二价锌离子改性氧化石墨烯的水性环氧涂层及其制备方法，制备出防腐性能优良的具有更佳防腐效果的防腐涂层。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于二价锌离子改性氧化石墨烯的防腐水性环氧涂层，其制备原料为水性环氧树脂、固化剂和填料，其中：所述填料是基于六水合硝酸锌改性的氧化石墨烯，填料含有二价锌离子。

该水性环氧涂层的原料中，填料所占重量百分比为0.07wt％～0.11wt％(优选0.07～0.09wt.％)，水性环氧树脂与固化剂的重量比例为3：10～6：10。

所述固化剂为脂肪族胺类固化剂。

所述基于二价锌离子改性氧化石墨烯的水性环氧涂层的制备方法，该方法首先采用六水合硝酸锌与氧化石墨烯通过静电自组装得到填料，再按比例将填料及固化剂添加于水性环氧树脂中，混合均匀后涂刷于低合金钢基底上，即获得所述水性环氧涂层。

所述填料GO@Zn(II)的制备过程包括如下步骤：

(1)将5～15ml浓度为1.0-2.5mg/ml的氧化石墨烯溶液(GO)加入到100～180ml去离子水中，超声分散10～20分钟；

(2)将0.1mol/L的NaOH溶液缓慢滴入经步骤(1)超声分散处理后的氧化石墨烯溶液中，将溶液pH调节至7.5～9；

(3)在步骤(2)调节pH值后的溶液中加入250～350mg的六水合硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O，在500～800rpm条件下磁力搅拌1～1.5h以使其充分反应；

(4)将步骤(3)得到的反应产物采用去离子水洗涤，离心机转速10000r/min、离心时间3min，离心后产物在烘箱干燥后，所得到的固体物料即为所述填料。