[发明专利]一种植酸改性氧化石墨烯及其制备方法和防腐水性环氧涂层

说明书

本发明公开了一种植酸改性氧化石墨烯及其制备方法和水性环氧涂层，属于耐蚀涂层材料领域。本发明通过调解溶液pH值，选择植酸为前驱体，实现植酸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@PA/WEC涂层。在3.5％wt.NaCl溶液中，与空白水性环氧涂层WEC相比，GO@PA/WEC涂层的耐蚀性提高5倍以上，腐蚀电流密度降低至原来的20％以下，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，负载了植酸官能团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，具体涉及一种植酸改性氧化石墨烯及其制备方法和防腐水性环氧涂层，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

由于含有大量侵蚀性氯离子和水分，海洋环境下服役的金属结构常常发生严重的腐蚀，特别是浸入到海水内部的钢筋混凝土结构，其内部的钢筋往往因为氯离子的渗入而发生腐蚀失效，使得钢筋混凝土结构的服役寿命远远低于设计寿命，造成严重的安全隐患和巨大的经济损失。涂覆水性环氧树脂涂层(WEC)是应对混凝土中钢筋腐蚀的有效方法之一。遗憾的是，WEC虽然环境友好但却存在致密性差的不足：涂层在构建、应用和固化过程中内部产生大量细微空洞和裂纹，这些微观缺陷可成为腐蚀性组分的扩散通道，涂层的物理阻隔性能并不理想。这种固有的缺陷致使WEC的长期防护效果无法得到保障。

对二维材料氧化石墨烯改性并将其作为填料加入WEC是提高涂层耐蚀性的常用思路，氧化石墨烯的片层状结构可以延长侵蚀性粒子如H₂O、Cl^-、HCO₃^-等的传输路径，由此起到物理屏蔽提高涂层耐蚀性的作用。植酸是一种绿色六元环状化合物，对金属离子具有强烈的螯合作用，常用作金属缓蚀剂使用以抑制金属基体的腐蚀。专利CN 110054969公布了一种基于植酸改性氧化石墨烯的防腐涂料及其制备方法，但是该专利中对氧化石墨烯的改性不能在常温下进行，而是要求在80～100℃的反应条件，且反应时间长达10～20h。因此，目前对植酸改性氧化石墨制备新型水性环氧涂层填料依然就有研究的必要，以期简化合成步骤并提高涂层的耐蚀效果。

发明内容

针对现有技术采用的水性环氧涂层致密性差导致的防护性能不足、填料制备过程复杂且条件苛刻等问题，本发明提供了一种植酸改性氧化石墨烯及其制备方法和防腐水性环氧涂层，在常温下合成分散性更高的植酸改性氧化石墨烯作为填料，进而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：

一种植酸改性氧化石墨烯的制备方法，是采用植酸与氧化石墨烯通过静电自组装得到植酸改性氧化石墨烯，该方法具体包括如下步骤：

(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7.5～8.5(优选8.0-8.5)；

(3)在步骤(2)调节pH值后的溶液中加入2.5～3.0g植酸(PA)溶液，搅拌条件下进行充分反应；

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

步骤(1)中，所述NaOH溶液浓度为0.1mol/L。

步骤(3)中，溶液中加入植酸(PA)溶液后，磁力搅拌1～1.5h，磁力搅拌速度500～800rpm；所加入植酸(PA)溶液的浓度为60-80wt.％。

步骤(4)中，采用去离子水洗涤时，离心机转速10000r/min，离心时间3min。