一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明为一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，特别是涉及以聚苯胺改性 石墨烯为原料，制备一种双组份高导电率的防腐性涂料，具体属于化工涂料技术领域。
【背景技术】
[0002] 导电涂料被广泛用于电力系统、炼油工业、航空航天及电子通讯设备等多个领域， 其需求量呈逐渐增大的趋势。按照导电的机理，导电涂料可以分为结构型和掺合型两种。结 构型导电涂料因存在工艺复杂、价格昂贵等问题，致使掺合型导电涂料成为导电涂料的研 究开发和工业化的重点，然而掺合型导电涂料成本高、密度大、污染严重等问题仍有待于进 一步解决。
[0003] 为了改善导电防腐涂料工艺，降低其成本及密度，减少污染，需要寻找一种新型的 掺合型导电涂料。专利（CN101108947A，CN1221768A，CN 101935489A)先后介绍了以无机 导电填料作为导电填料的涂料，为达到其导电标准，这些涂料需要添加大量的无机导电填 料，而无机填料与树脂的相容性变差，使得漆膜的力学性能下降；专利（CN102070960A，CN 101368058A，CN 101418122A)先后介绍了导电聚合物作为导电填料的涂料，这类涂料虽然 具有较好的相容性，但是成本相对较高。专利（CN1704191A，CN 103122179 A，CN 103205174 A)采用金属粉作为涂料的导电填料，这类涂料具有优异的导电性，但成本也相对较高，且耐 腐蚀性不好，金属污染严重；专利CN 102179357A介绍了导电聚苯胺与无机凹凸棒土均勾 混合作为涂料的导电填料，虽然在成本、力学性能方面有所改善，但是涂料的导电性不足。 在专利CN 104592857A中，介绍利用聚苯胺与石墨稀物理混合作为导电填料，应用于导电 涂料；而专利CN 104098944 A中介绍了石墨烯接枝聚合物的方法，应用于涂料，但工艺条 件苛刻，不利于工业化生产。
[0004] 本发明采用石墨烯表面共辄接枝聚苯胺作为掺合型导电防腐涂料的填料，大大增 加了涂料的导电性，增强了石墨烯的分散性，制备的涂层具有良好的防腐性、力学性能和导 电性能，其涂层电阻率小于35 Ω · cm，附着力为1级。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种高电导率和防腐性的涂料的制备方法，为了实现上述目的， 本发明一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法的步骤如下： ⑴改性石墨烯的制备 氧化石墨烯5g、50~150 ml浓氨水在30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C下反应10 h， 反应混合物经过滤、洗涤、真空干燥，得到胺基化石墨烯粉体。
[0006] 将上述胺基化石墨烯粉体、5~10g苯胺加入到20~35 ml异丙醇的水溶液中，超声 振荡30 min后，加入10~30 ml浓度为2~3 mol/1的盐酸，然后将体系温度控制在0~5°C的 冰水浴中，滴加0. 8~1. 5倍苯胺摩尔量的lmol/1过硫酸铵水溶液，搅拌反应6h后，反应产 物经过滤后，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤，再经真空干燥后，得到改性石墨烯粉。
[0007] 齡改性石墨烯的导电防腐涂料的制备 所述的改性石墨烯的导电防腐涂料包括组分A和组分B。
[0008] 组分A的制备： IOg环氧树脂、I. 0~2. 5g改性石墨稀粉、0. 1~0. 3g气相二氧化娃防沉剂、10~30ml混合 溶剂、0. 01~0. 03g聚二甲基硅氧烷消泡剂、0. 03~0. 05g的流平剂和0. 04~0. 06g十二烷基苯 磺酸钠分散剂经搅拌均匀后，得到涂料的组分A。
[0009] 组分B的制备： 3~10g固化剂、混合溶剂3~10ml，经搅拌均匀后，得到涂料的组分B。
[0010] 所述的环氧树脂为双酚A型，型号是E-20、E-44或E-51。
[0011] 所述的混合溶剂为二甲苯、正丁醇，体积比为7:3。
[0012] 所述的流平剂为有机硅类流平剂。
[0013] 所述的固化剂是聚酰胺-650、聚酰胺-300或聚酰胺-651。
[0014] 本发明的优点：本发明改性石墨烯，在其表面共辄接枝聚苯胺，将其作为新型的导 电填料来制备涂料，极大地提高了石墨烯与树脂间的相容性，相比直接包覆聚苯胺作为导 电填料的涂料，显著提高了涂料的导电性和防腐性，涂层电阻率小于35 Ω · cm，附着力为1 级。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 (1)改性石墨烯的制备 取氧化石墨烯5 g，加入50mL浓氨水，30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C条件下反应 10 h，过滤，洗涤，真空干燥，得到胺基化石墨稀。向胺基化石墨稀中，加入5g苯胺与和20 mL异丙醇与水的混合溶液中，超声振荡30 min后，加入20mL浓度为2 mol/L的盐酸溶 液；将体系温度控制在〇~5°C的冰水浴中，滴加0. 8倍苯胺摩尔量的lmol/L过硫酸铵水溶 液，搅拌反应6 h，反应完毕后，用无水乙醇、蒸馏水进行洗涤，再抽滤，真空干燥后，得改性 石墨烯粉。
[0016] (2)涂料的制备 1)取环氧树脂E20 IOg加热溶解到15mL混合溶剂中，再加入改性石墨烯粉I. 0g、气相 二氧化硅0. 2g、消泡剂0.02g、流平剂0.03g、分散剂0.06g，机械搅拌均匀，即得涂料A组 分。
[0017] 2)取聚酰胺-650 5g，混合溶剂5mL，机械搅拌均匀，即得涂料组分B。
[0018] 3)将涂料的组分A和组分B在高速分散搅拌机下均匀搅拌后，熟化IOmin后制备 试片。
[0019] 最终配制成所需的导电涂料。取上述改性涂料按照国标进行测试，其结果如下：
实施例2 (1)改性石墨烯的制备 取氧化石墨烯5 g，加入SOmL浓氨水，30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C条件下反应 10 h，过滤，洗涤，真空干燥得到胺基化石墨稀。向胺基化石墨稀中，加入8g苯胺与和30 mL异丙醇与水的混合溶液中，超声振荡30 min后，加入15mL浓度为3 mol/L的盐酸溶 液；将体系温度控制在〇~5°C的冰水浴中，滴加0. 9倍苯胺摩尔量的lmol/L过硫酸铵水溶 液，搅拌反应6 h，反应完毕后，用无水乙醇、蒸馏水进行洗涤，再抽滤，真空干燥后，得改性 石墨烯粉。
[0020] (2)涂料的制备 1)取环氧树脂E44 10g、改性石墨稀粉2. 0g、气相二氧化娃0. 2g、混合溶剂15mL、消 泡剂0. 02g、流平剂0. 04g、分散剂0. 06g，机械搅拌均匀，即得涂料A组分。
[0021] 2)取聚酰胺-650 10g，混合溶剂10mL，机械搅拌均匀，即得涂料组分B。
[0022] 3)将涂料的组分A和组分B在高速分散搅拌机下均匀搅拌后，熟化15min后制备 试片。
[0023] 实施例3 (1)改性石墨烯的制备 取氧化石墨烯10 g，加入150mL浓氨水，30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C条件下反 应10 h，过滤，洗涤，真空干燥得到胺基化石墨稀。向胺基化石墨稀中，加入IOg苯胺与和 30 mL异丙醇与水的混合溶液中，超声振荡30 min后，加入12mL浓度为2. 5 mol/L的盐 酸溶液；将体系温度控制在〇~5°C的冰水浴中，滴加1倍苯胺摩尔量的lmol/L过硫酸铵水 溶液，搅拌反应6 h，反应完毕后，用无水乙醇、蒸馏水进行洗涤，再抽滤，真空干燥后，得改 性石墨烯粉。
[0024] (2)涂料的制备 1)取环氧树脂E44 10g、改性石墨烯粉2. 5g、防沉剂0. 3g、混合溶剂30mL、消泡剂 0. 02g、流平剂0. 02g、分散剂0. 08g，机械搅拌均匀，即得涂料A组分。
[0025] 2)取聚酰胺-651 5g，混合溶剂10mL，机械搅拌均匀，即得涂料组分B。
[0026] 3)将涂料的组分A和组分B在高速分散搅拌机下均匀搅拌后，熟化20min后制备 试片。
[0027] 实施例4 (1)改性石墨烯的制备 取氧化石墨烯10 g，加入IOOmL浓氨水，30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C条件下反 应10 h，过滤，洗涤，真空干燥，得到胺基化石墨稀。向胺基化石墨稀中，加入IOg苯胺与和 30 mL异丙醇与水的混合溶液中，超声振荡30 min后，加入20mL浓度为2. 5 mol/L的盐 酸溶液；将体系温度控制在〇~5°C的冰水浴中，滴加1倍苯胺摩尔量的lmol/L过硫酸铵水 溶液，搅拌反应6 h，反应完毕后，用无水乙醇、蒸馏水进行洗涤，再抽滤，真空干燥后，得改 性石墨烯粉。
[0028] (2)涂料的制备 1)取环氧树脂E51 10g、改性石墨烯粉2.0g、防沉剂0. 3g、混合溶剂30mL、消泡剂 0. 02g、流平剂0. 02g、分散剂0. 08g，机械搅拌均匀，即得涂料A组分。
[0029] 2)取聚酰胺-300# 9g，混合溶剂10mL，机械搅拌均匀，即得涂料组分B。
[0030] 3)将涂料的组分A和组分B在高速分散搅拌机下均匀搅拌后，熟化20min后制备 试片。
[0031] 实施例2-4的性能测试如下：
【主权项】
1. 一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的步骤 如下： (1) 改性石墨烯的制备 氧化石墨烯5g、50~150ml浓氨水在30°C下搅拌反应24h，然后再在70°C下反应10h， 反应混合物经过滤、洗涤、真空干燥，得到胺基化石墨烯粉体； 将上述胺基化石墨烯粉体、5~10g苯胺加入到20~35ml异丙醇的水溶液中，超声振荡 30min后，加入10~30ml浓度为2~3mol/1的盐酸，然后将体系温度控制在0~5°C的冰水 浴中，滴加0. 8~1. 5倍苯胺摩尔量的lmol/1过硫酸铵水溶液，搅拌反应6h后，反应产物经 过滤后，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤，再经真空干燥后，得到改性石墨烯粉； (2) 改性石墨烯的导电防腐涂料的制备 所述的改性石墨烯的导电防腐涂料包括组分A和组分B; 组分A的制备： IOg环氧树脂、I. 0~2. 5g改性石墨稀粉、0. 1~0. 3g气相二氧化娃防沉剂、10~30ml混合 溶剂、0. 01~0. 03g聚二甲基硅氧烷消泡剂、0. 03~0. 05g的流平剂和0. 04~0. 06g十二烷基苯 磺酸钠分散剂经搅拌均匀后，得到涂料的组分A; 组分B的制备： 3~10g固化剂、混合溶剂3~10ml，经搅拌均匀后，得到涂料的组分B。2. 根据权利要求1所述的一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，其特征在于： 所述的环氧树脂为双酚A型，型号是E-20、E-44或E-51。3. 根据权利要求1所述的一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，其特征在于： 所述的混合溶剂为二甲苯、正丁醇，体积比为7:3。4. 根据权利要求1所述的一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，其特征在于： 所述的流平剂为有机硅类流平剂。5. 根据权利要求1所述的一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法，其特征在于： 所述的固化剂是聚酰胺-650、聚酰胺-300或聚酰胺-651。
【专利摘要】本发明一种改性石墨烯的导电防腐涂料的制备方法为：首先改性石墨烯在其表面共轭接枝聚苯胺，将其作为导电填料，然后与环氧树脂组成导电防腐涂料。组分A的配方为：环氧树脂10g、改性石墨烯粉1.0~2.5g、气相二氧化硅防沉剂0.1~0.3g、混合溶剂10~30ml、聚二甲基硅氧烷消泡剂0.01~0.03g、流平剂0.03~0.05g、十二烷基苯磺酸钠分散剂0.04~0.06g；组分B的配方为：固化剂3~10g、混合溶剂3~10ml；混合溶剂为二甲苯、正丁醇，体积比为7:3。利用改性后的石墨烯作为填料，能大大提高涂料的导电防腐能力，在地网导电、防腐方面有巨大的潜在应用价值。
【IPC分类】C08G83/00, C09D5/08, C09D187/00, C09D7/12, C09D163/00, C09D5/24
【公开号】CN105176310
【申请号】
【发明人】刘志雷, 刘文杰, 胡孝涛, 周建萍, 李多生, 刘光明
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月14日