一种基于石墨烯杂化材料的防腐涂料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于防腐涂料领域，尤其涉及一种包含石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材 料的防腐涂料。
【背景技术】
[0002] 金属腐蚀是金属材料受周围介质化学或者电化学作用而被破坏的现象，其给国民 经济造成了巨大损失。因此为了减少金属腐蚀所带来的损失，人们采取了很多措施，如阴极 保护法、涂层法等等。目前最常见、最便捷、也是最有效的方法就是在金属表面涂覆防腐蚀 涂料，以隔绝腐蚀介质与金属表面接触，从而达到防腐效果。现有的防腐涂料污染较大且防 腐效果一般，因此开发一种新型防腐涂料十分必要。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种具有物理防腐和电化学防腐双重功效的涂料及制备方法。本发 明采用的石墨烯/聚苯胺具有优良的导电性，可以起到防腐屏障的作用；采用的凹凸棒土 载体在我国储量丰富，价格低廉，从而节约了防腐涂料的生产成本；本发明制备的防腐涂料 环保性能优秀、工艺简单且易于工业化生产。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种石墨烯/聚苯胺/凹凸棒 土复合材料防腐涂料，防腐涂料按重量百分含量由以下组分构成：
[0005] 聚氨酯50-80%、石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料1-20%、着色颜料1-10%、 填料1-10%、分散剂〇? 1-3%、流平剂0? 1-1 %、消泡剂0? 1-1%、水1-40%。
[0006] 其中，上述石墨稀/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的制备方法为：
[0007] (1)配制含有苯胺、硫酸的石墨烯分散液，其中苯胺浓度为0? 3-0. 5mol/L，硫酸浓 度为0. 4-0. 6mol/L，石墨稀浓度为10_50mg/mL，搅拌均勾后预冷至0_5°C，
[0008] 作为优选，石墨烯的制备方法为：
[0009] 将鳞片石墨与高锰酸钾按质量比1:5-7混合均匀后，加入到含有浓硫酸与浓磷酸 的反应器中，40-50°C搅拌反应10_12h，再加入冰水和过氧化氢冷却至室温，离心、过滤、洗 涤后配成l-l〇mg/mL氧化石墨烯溶液，加入水合肼以及氨水，85-95°C反应4-6h，离心、过 滤、洗涤、烘干研磨至150-300目，制得石墨烯；
[0010] (2)配制含有硫酸的过硫酸铵水溶液，并预冷至0-5°C，其中，过硫酸铵浓度为 0? 3-0. 5mol/L，硫酸浓度为 0? 4-0. 6mol/L;
[0011] (3)将凹凸棒土充分分散于去离子水中，制得质量浓度为3-5g/100mL的浆体，向 该浆体中加入步骤（1)中得到的分散液，搅拌均匀后，再于搅拌状态下，加入步骤（2)中得 到的过硫酸铵水溶液，在0-5°C反应3-4h，过滤、洗涤、烘干研磨至150-300目，制得石墨烯 /聚苯胺/凹凸棒土复合材料，
[0012] 其中，步骤（1)中的分散液、步骤（2)中的过硫酸铵水溶液、凹凸棒土浆体体积比 为 1:0. 9-1. 1:0. 9-1. 1，
[0013] 上述制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料中，聚苯胺包覆凹土之后再负载 于石墨烯上，由于凹凸棒土的介入，不仅有效避免了聚苯胺的团聚；并且促进了石墨烯/聚 苯胺/凹凸棒土复合材料整体在涂料中的分散性。
[0014] 本发明还提供了一种上述石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料防腐涂料的制备工 乙：
[0015] 将石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、消泡剂和水搅拌 10-20min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/聚苯胺/凹凸 棒土复合材料的防腐涂料。
[0016] 本发明的有益效果在于：本发明制得的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的防 腐涂料可以起到电化学防腐和物理防腐双重功效，其中石墨烯和聚苯胺都具有优良的导电 性能，二者结合在可以起到协同作用，达到1+1>2的效果，同时凹凸棒土的介入，可以使石 墨烯、聚苯胺均匀分布在涂料内部，不易沉积、流挂和形成鱼眼；此外凹凸棒土具有良好的 耐候性和环保性且廉价易得，大大降低了涂料成本，便于工业化生产。
【附图说明】
[0017]图1为实施例1制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的XRD图。
[0018] 图2为实施例1制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的TEM图。
【具体实施方式】
[0019] 以下各实施例、对比例中所采用的原料品种具体为：
[0020] 聚氨酯（PU806,泰兴市中纺助剂厂）；分散剂（HT-5027,南通市晗泰化工有限公 司）；流平剂（SN-612,日本诺普科助剂有限公司）；消泡剂（T-7511，广州市万成环保科技 有限公司）。着色颜料（钛白粉，廊坊市奇彩颜料有限公司）；填料（滑石粉，凉山州锡成新 材料股份有限公司）。
[0021] 实施例1
[0022] 按以下质量百分数配比各组分：
[0023] 聚氨酯 50% 石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料 4% 着色颜料 3% 填料 3% 分散剂 0.6% 流平剂 0.2% 消泡剂 0.2% 水 余量
[0024] (1)配制含有苯胺、硫酸的石墨烯分散液，其中苯胺浓度为0.3mol/L，硫酸浓度为 0. 4mol/L，石墨稀浓度为10mg/mL，搅拌均勾后预冷至0°C;
[0025] (2)配制含有硫酸的过硫酸铵水溶液，并预冷至0°C，其中，过硫酸铵浓度为 0? 3mol/L，硫酸浓度为 0? 4mol/L;
[0026] (3)将凹凸棒土充分分散于去离子水中，制得质量浓度为3g/100mL的浆体，向该 浆体中加入步骤（1)中得到的分散液，搅拌均匀后，再于搅拌状态下，加入步骤（2)中得到 的过硫酸铵水溶液，在〇°C反应4h，过滤、洗涤、烘干研磨至150目，制得石墨烯/聚苯胺/ 凹凸棒土复合材料，
[0027] 其中，步骤（1)中的分散液、步骤（2)中的过硫酸铵水溶液、凹凸棒土浆体体积比 为 1:1:1，
[0028]图1为本实施例中制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的XRD图，从图中可 以看出：图中2 0在8. 34°、19. 78°、24. 16°、27. 40°、35. 2°为凹凸棒土的特征峰，2 0 在20. 72°、25. 20°为聚苯胺的特征峰，2 0在26. 64°、61. 63°为石墨烯的特征峰，说明 本发明方法制备的为石墨稀/聚苯胺/凹凸棒土三元复合材料；
[0029]图2为本实施例中制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料的TEM图，从图中 可以看出：薄片状的石墨烯上分布着棒状的凹凸棒土，且在凹凸棒土上有黑色的阴影为包 覆的聚苯胺，说明本发明方法制备的石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土三元复合材料的结构达到 了预期效果；
[0030] (4)将上述石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、消泡剂和 水搅拌l〇min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/聚苯胺/凹 凸棒土复合材料的防腐涂料。
[0031] 实施例2
[0032] 按以下质量百分数配比各组分：
[0033] 聚氨酯 S5:% 石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料 5% 着色颜料 4% 填料 4,5.% 分散剂 0.9% 流平剂 0.3% 消泡剂 0.3%: 水 余量
[0034] (1)配制含有苯胺、硫酸的石墨烯分散液，其中苯胺浓度为0.35mol/L，硫酸浓度 为0. 45mol/L，石墨稀浓度为20mg/mL，搅拌均勾后预冷至0°C;
[0035] (2)配制含有硫酸的过硫酸铵水溶液，并预冷至0°C，其中，过硫酸铵浓度为 0? 35mol/L，硫酸浓度为 0? 45mol/L;
[0036] (3)将凹凸棒土充分分散于去离子水中，制得质量浓度为3. 5g/100mL的浆体，向 该浆体中加入步骤（1)中得到的分散液，搅拌均匀后，再于搅拌状态下，加入步骤（2)中得 到的过硫酸铵水溶液，在0°C反应4h，过滤、洗涤、烘干研磨至200目，制得石墨烯/聚苯胺 /凹凸棒土复合材料，
[0037] 其中，步骤（1)中的分散液、步骤（2)中的过硫酸铵水溶液、凹凸棒土浆体体积比 为 1:1:0.9 ;
[0038] (4)将上述石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、消泡剂和 水搅拌15min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/聚苯胺/凹 凸棒土复合材料的防腐涂料。
[0039] 实施例3
[0040] 按以下质量百分数配比各组分：
[0041 ] 聚氨酯 稀％ 石墨烯/聚苯胺/凹凸棒土复合材料 6%
[0042] 着色颜料 5% 填料 6% 分散剂 1.2% 流平剂 0.4% 消泡剂 0,4% 水 余量
[0043] (1)配制含有苯胺、硫酸的石墨烯分散液，其中苯胺浓度为0.4mol/L，硫酸浓度为 0. 5mol/L，石墨稀浓度为30mg/mL，搅拌均勾后预冷至1°C;
[0044] (2)配制含有硫酸的过硫酸铵水溶液，并预冷至1°C，其中，过硫酸铵浓度为 0? 4mol/L，硫酸浓度为 0? 5mol/L;
[0045] (3)将凹凸棒土充分分散于去离子水中，制得质量浓度为4g/1