具有高隔絕性石墨烯／環氧樹脂復合防腐涂料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬腐蝕防護領域，具體為一種具有高隔絕性的石墨烯/環氧樹脂復 合防腐涂料及制備方法。
【背景技術】
[0002] 金屬腐蝕是由于金屬表面受環境介質的化學或電化學作用而被破壞的現象，防腐 蝕最常用且有效的方法是在金屬表面涂覆防腐蝕涂層，將基體與水、氧等腐蝕介質隔絕。因 此，涂層的阻隔性能使評價防腐涂料性能的主要因素之一。現有的腐蝕防腐涂料通常是以 聚合物為主要成膜物質，如：環氧樹脂、醇酸樹脂、丙烯酸樹脂等。聚合物在成膜過程中形成 的結晶缺陷、微裂紋、針孔結構以及聚合物分子鏈段中極性基團的誘導作用，都會導致水、 氧以及腐蝕性離子在涂層中的滲透，而這些結構的出現在成膜過程中是不可避免的。傳統 的隔絕性腐蝕防護涂層中會添加入一些高隔絕性的填料，如：玻璃鱗片、云母片等片狀填 料，與普通顆粒狀填料不同，這類填料具有大的徑厚比（片層橫向尺寸/片層厚度），化學性 質穩定和腐蝕介質不透過的特點，它們在涂層中的均勻分布，可以增大腐蝕機制在涂層中 的擴散路徑，使其難以到達金屬表面形成腐蝕。
[0003] 石墨烯是一種由碳原子構成的新型納米炭材料，其結構是有碳原子以sp2雜化軌 道組成的蜂巢狀二維晶體材料，其厚度為一個到數個單原子層（<3nm)，片層尺寸在數微米 到數十微米。與傳統隔絕性填料相比，石墨烯在以下三個方面具有非常明顯的優勢：
[0004] (1)更大的面徑/厚度比：普通玻璃鱗片的片徑通常為數十至數百微米，厚度在數 百納米到數微米的量級，其徑厚比通常在100以下；插層剝離法宏量制備的石墨烯的片徑 通常在數微米至數十微米，而厚度僅為2~3納米，其徑厚比通常大于1000,并且石墨烯也 是不可透過的。大的徑厚比更有利于抑制腐蝕介質在涂層中的擴散；這意味著，相同厚度的 涂層，石墨烯復合涂層可以實現更長的防護壽命；另一方面，也可以利用石墨烯本身極薄和 高效阻隔的特點，制備出高性能的薄層腐蝕防護涂層或隔離涂層。
[0005] (2)柔韌性：與脆性的玻璃鱗片或云母鱗片相比，石墨烯及其薄膜材料是一種強 而韌的材料，這種性質使其復合涂層可以更好的抵御沖擊、振動、摩擦等外界力作用造成的 損傷并保證優異的附著力，從而提高涂層的防護效果。
[0006] (3)與聚合物分子良好的結合力：石墨烯表面的C = C共軛結構以及邊緣的懸鍵 結構使其可以與大多數聚合物分子之間形成強的相互作用，使石墨烯片層與樹脂材料之間 良好的界面結合，從而保證良好的阻隔效果和機械強度。
[0007] 但是，由于石墨烯具有高比表面積和納米尺度的特點，使其在與聚合物樹脂進行 直接復合時極易發生團聚，即石墨烯片層聚集在一起，形成不分散的小顆粒，而非片層狀的 結構。這種分布形態不僅無法提高涂層的阻隔性能，反而會在涂層內部形成大量的孔隙結 構，使得腐蝕介質更容易透過涂層造成金屬基體的腐蝕。針對這一問題，申請人發明了"一 種納米碳/液態樹脂母料的制備方法"（專利【申請號】201410617460. 9)，基于該方法可以制 備出重量百分比濃度為5wt%的石墨烯/環氧樹脂母料，這一復合母料中的石墨烯處于高 度分散狀態，且可以用相同種類的環氧樹脂進行稀釋，并且在稀釋過程中保持石墨烯的分 散狀態不變，這一方法解決了石墨烯在涂料應用中的分散問題。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料及制 備方法，解決石墨烯在隔絕性防腐涂料制備過程中難以分散的問題，制備出高性能、低石墨 烯含量的高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合涂料和涂層。
[0009] 本發明的技術方案是：
[0010] -種具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，該涂料為A、B雙組份型，其 中：A組分包含環氧樹脂、石墨烯/環氧樹脂母料、稀釋劑、添加劑，B組分為固化劑；以環氧 樹脂量為1〇〇份重量計，各組分的重量組成為：
[0011] A 組分：
[0012] 環氧樹脂 100份； 石墨烯/3"不氧樹脂母料 1~100份； 稀釋劑 10~50份； 添加劑 1~5份;
[0013] B 組分：
[0014] 固化劑 20~100份。
[0015] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，按重量百分比計，A組分占 53~93%，B組分占7~47%。
[0016] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，在A組份中，石墨烯的含量 范圍為0· 03~2. 3wt%。
[0017] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，在A組份中，石墨烯/環氧 樹脂母料是石墨烯含量在5 wt%的石墨烯和環氧樹脂母料復合樹脂漿料。
[0018] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，在A組分中，環氧樹脂為雙 酚A型環氧樹脂；添加劑為涂料領域常用的助劑：分散劑、消泡劑、流平劑和防沉劑之一種 或兩種以上的混合，分散劑、消泡劑、流平劑和防沉劑各自的重量份數為0. 5~2份；稀釋劑 采用有機溶劑：甲苯、二甲苯、丁醇、甲乙酮、環己酮中的一種或兩種以上混合。
[0019] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料，B組分為胺類、醚類或酸酐 類固化劑。
[0020] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料的制備方法，按照配方比 例在攪拌器中加入環氧樹脂、石墨烯/環氧樹脂母料、稀釋劑和添加劑勻速攪拌，轉速為 300~500轉/分鐘、攪拌1~3小時，使各種物料混合均勻分裝即可獲得A組分；將A、B 兩組份按比例混合均勻后，即可使用。
[0021] 所述的具有商隔絕性石墨稀/環氧樹脂復合防腐涂料的制備方法，石墨稀/液態 樹脂母料的制備方法是：
[0022] 將干燥的納米碳粉體加入到醇溶劑中攪拌使其完全浸潤，利用超聲、高速攪拌或 剪切分散處理使其形成納米碳/醇懸濁液；將納米碳/醇懸濁液加入液態樹脂中攪拌至醇 溶液與樹脂分層，其中上層為乳白色至灰白色低粘度醇溶液，下層為黑色高粘度物料；將上 層醇溶液與下層物料分離后，收集下層物料；對收集的物料進行加熱抽真空干燥后，即得到 均勻分散有納米碳的復合樹脂漿料，收集的上層醇溶液利用蒸餾的方法提純后重復使用。
[0023] 所述的具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料的制備方法，將500g插層剝 離法制備的石墨烯粉體加入到30kg己醇中，超聲分散30分鐘，得到暫態分散的石墨烯/醇 懸池液；將上述懸池液與l〇kg環氧樹脂混合后機械攪拌5小時，攪拌速度為200轉/分鐘； 攪拌結束后靜置10分鐘，使上述混合液體分層；將上層灰白色的溶液倒出，留下下層黑色 的粘稠漿料，置入真空烘箱中抽真空加熱至120°C，保持烘箱內真空度低于lOOPa ;烘干24 小時后取出即得到石墨烯含量5wt%的石墨烯/環氧樹脂復合母料。
[0024] 本發明的設計原理是：
[0025] 本發明具有高隔絕性石墨烯/環氧樹脂復合防腐涂料由A、B兩組份組成，將重量 百分比為5wt%的石墨烯/環氧樹脂母料加入到普通環氧樹脂中再加入稀釋劑和助劑攪拌 使之分散均勻形成A組分，B組分為環氧樹脂固化劑。分散在石墨烯/環氧樹脂母料中的 石墨烯納米片呈片狀均勻分散狀態，石墨烯片層之間由環氧樹脂分子隔開，阻止了石墨烯 片層的團聚；在稀釋過程中，新加入的環氧樹脂可以很容易的進入石墨烯片層中間，形成低 濃度的石墨烯環氧復合涂料同時保留石墨烯在涂料中的分散狀態，這種分散狀態在涂料固 化成膜過程中也將被保留，而高度分散的片狀填料是形成高隔絕性涂層的基礎。
[0026] 本發明的有益效果如下：
[0027] 1、本發明涂料制備過程中僅需簡單的攪拌，即可實現石墨烯在涂料中的高質量分 散，使得石墨烯復合涂料的制備