具有高隔绝性石墨烯／环氧树脂复合防腐涂料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属腐蚀防护领域，具体为一种具有高隔绝性的石墨烯/环氧树脂复 合防腐涂料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属腐蚀是由于金属表面受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象，防腐 蚀最常用且有效的方法是在金属表面涂覆防腐蚀涂层，将基体与水、氧等腐蚀介质隔绝。因 此，涂层的阻隔性能使评价防腐涂料性能的主要因素之一。现有的腐蚀防腐涂料通常是以 聚合物为主要成膜物质，如：环氧树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂等。聚合物在成膜过程中形成 的结晶缺陷、微裂纹、针孔结构以及聚合物分子链段中极性基团的诱导作用，都会导致水、 氧以及腐蚀性离子在涂层中的渗透，而这些结构的出现在成膜过程中是不可避免的。传统 的隔绝性腐蚀防护涂层中会添加入一些高隔绝性的填料，如：玻璃鳞片、云母片等片状填 料，与普通颗粒状填料不同，这类填料具有大的径厚比（片层横向尺寸/片层厚度），化学性 质稳定和腐蚀介质不透过的特点，它们在涂层中的均匀分布，可以增大腐蚀机制在涂层中 的扩散路径，使其难以到达金属表面形成腐蚀。
[0003] 石墨烯是一种由碳原子构成的新型纳米炭材料，其结构是有碳原子以sp2杂化轨 道组成的蜂巢状二维晶体材料，其厚度为一个到数个单原子层（<3nm)，片层尺寸在数微米 到数十微米。与传统隔绝性填料相比，石墨烯在以下三个方面具有非常明显的优势：
[0004] (1)更大的面径/厚度比：普通玻璃鳞片的片径通常为数十至数百微米，厚度在数 百纳米到数微米的量级，其径厚比通常在100以下；插层剥离法宏量制备的石墨烯的片径 通常在数微米至数十微米，而厚度仅为2~3纳米，其径厚比通常大于1000,并且石墨烯也 是不可透过的。大的径厚比更有利于抑制腐蚀介质在涂层中的扩散；这意味着，相同厚度的 涂层，石墨烯复合涂层可以实现更长的防护寿命；另一方面，也可以利用石墨烯本身极薄和 高效阻隔的特点，制备出高性能的薄层腐蚀防护涂层或隔离涂层。
[0005] (2)柔韧性：与脆性的玻璃鳞片或云母鳞片相比，石墨烯及其薄膜材料是一种强 而韧的材料，这种性质使其复合涂层可以更好的抵御冲击、振动、摩擦等外界力作用造成的 损伤并保证优异的附着力，从而提高涂层的防护效果。
[0006] (3)与聚合物分子良好的结合力：石墨烯表面的C = C共轭结构以及边缘的悬键 结构使其可以与大多数聚合物分子之间形成强的相互作用，使石墨烯片层与树脂材料之间 良好的界面结合，从而保证良好的阻隔效果和机械强度。
[0007] 但是，由于石墨烯具有高比表面积和纳米尺度的特点，使其在与聚合物树脂进行 直接复合时极易发生团聚，即石墨烯片层聚集在一起，形成不分散的小颗粒，而非片层状的 结构。这种分布形态不仅无法提高涂层的阻隔性能，反而会在涂层内部形成大量的孔隙结 构，使得腐蚀介质更容易透过涂层造成金属基体的腐蚀。针对这一问题，申请人发明了"一 种纳米碳/液态树脂母料的制备方法"（专利【申请号】201410617460. 9)，基于该方法可以制 备出重量百分比浓度为5wt%的石墨烯/环氧树脂母料，这一复合母料中的石墨烯处于高 度分散状态，且可以用相同种类的环氧树脂进行稀释，并且在稀释过程中保持石墨烯的分 散状态不变，这一方法解决了石墨烯在涂料应用中的分散问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料及制 备方法，解决石墨烯在隔绝性防腐涂料制备过程中难以分散的问题，制备出高性能、低石墨 烯含量的高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合涂料和涂层。
[0009] 本发明的技术方案是：
[0010] -种具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，该涂料为A、B双组份型，其 中：A组分包含环氧树脂、石墨烯/环氧树脂母料、稀释剂、添加剂，B组分为固化剂；以环氧 树脂量为1〇〇份重量计，各组分的重量组成为：
[0011] A 组分：
[0012] 环氧树脂 100份； 石墨烯/3"不氧树脂母料 1~100份； 稀释剂 10~50份； 添加剂 1~5份;
[0013] B 组分：
[0014] 固化剂 20~100份。
[0015] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，按重量百分比计，A组分占 53~93%，B组分占7~47%。
[0016] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，在A组份中，石墨烯的含量 范围为0· 03~2. 3wt%。
[0017] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，在A组份中，石墨烯/环氧 树脂母料是石墨烯含量在5 wt%的石墨烯和环氧树脂母料复合树脂浆料。
[0018] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，在A组分中，环氧树脂为双 酚A型环氧树脂；添加剂为涂料领域常用的助剂：分散剂、消泡剂、流平剂和防沉剂之一种 或两种以上的混合，分散剂、消泡剂、流平剂和防沉剂各自的重量份数为0. 5~2份；稀释剂 采用有机溶剂：甲苯、二甲苯、丁醇、甲乙酮、环己酮中的一种或两种以上混合。
[0019] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料，B组分为胺类、醚类或酸酐 类固化剂。
[0020] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料的制备方法，按照配方比 例在搅拌器中加入环氧树脂、石墨烯/环氧树脂母料、稀释剂和添加剂匀速搅拌，转速为 300~500转/分钟、搅拌1~3小时，使各种物料混合均匀分装即可获得A组分；将A、B 两组份按比例混合均匀后，即可使用。
[0021] 所述的具有商隔绝性石墨稀/环氧树脂复合防腐涂料的制备方法，石墨稀/液态 树脂母料的制备方法是：
[0022] 将干燥的纳米碳粉体加入到醇溶剂中搅拌使其完全浸润，利用超声、高速搅拌或 剪切分散处理使其形成纳米碳/醇悬浊液；将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中搅拌至醇 溶液与树脂分层，其中上层为乳白色至灰白色低粘度醇溶液，下层为黑色高粘度物料；将上 层醇溶液与下层物料分离后，收集下层物料；对收集的物料进行加热抽真空干燥后，即得到 均匀分散有纳米碳的复合树脂浆料，收集的上层醇溶液利用蒸馏的方法提纯后重复使用。
[0023] 所述的具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料的制备方法，将500g插层剥 离法制备的石墨烯粉体加入到30kg己醇中，超声分散30分钟，得到暂态分散的石墨烯/醇 悬池液；将上述悬池液与l〇kg环氧树脂混合后机械搅拌5小时，搅拌速度为200转/分钟； 搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色 的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至120°C，保持烘箱内真空度低于lOOPa ;烘干24 小时后取出即得到石墨烯含量5wt%的石墨烯/环氧树脂复合母料。
[0024] 本发明的设计原理是：
[0025] 本发明具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料由A、B两组份组成，将重量 百分比为5wt%的石墨烯/环氧树脂母料加入到普通环氧树脂中再加入稀释剂和助剂搅拌 使之分散均匀形成A组分，B组分为环氧树脂固化剂。分散在石墨烯/环氧树脂母料中的 石墨烯纳米片呈片状均匀分散状态，石墨烯片层之间由环氧树脂分子隔开，阻止了石墨烯 片层的团聚；在稀释过程中，新加入的环氧树脂可以很容易的进入石墨烯片层中间，形成低 浓度的石墨烯环氧复合涂料同时保留石墨烯在涂料中的分散状态，这种分散状态在涂料固 化成膜过程中也将被保留，而高度分散的片状填料是形成高隔绝性涂层的基础。
[0026] 本发明的有益效果如下：
[0027] 1、本发明涂料制备过程中仅需简单的搅拌，即可实现石墨烯在涂料中的高质量分 散，使得石墨烯复合涂料的制备