本发明涉及高温抗氧化涂料技术领域，具体涉及一种改性白石墨烯复合抗氧化涂料及其制备。
背景技术：
钢铁产品在进行一系列的热处理过程中，在大气环境中高温条件下钢铁表面容易产生氧化现象，同时伴随钢铁结构中合金元素的氧化，这给钢铁产品带来一系列的如使用性能降低、能耗增大等问题，严重影响钢铁产品质量和使用寿命。到目前为止，全世界钢铁产业在热处理工艺过程中因钢铁氧化导致产品损耗已增加到15％，造成巨大的资源浪费。因此采取措施减少钢铁产品在高温环境下的表面氧化已是人们迫切解决的问题。
目前，普遍采用的有真空法、保护气氛法、高温抗氧化涂料等防止金属高温氧化。真空法是将金属材料在真空环境中进行热加工处理，减少了金属产品与氧气的接触，防止金属表面氧化的进行。但此法使用的真空设备很昂贵，对产品尺寸要求和作业人员要求很高，限制了其应用；保护气氛法是在少氧非真空气氛中进行的，具体是通过充入氮气、甲烷、氢气以及惰性气体等保护性气体赶走环境中的氧气，减少钢铁表面与氧气接触从而达到防氧化的目的，但该工艺复杂，设备也很昂贵，同时保护性气氛会污染环境，不适合大规模使用。因此目前普遍采用的为高温防氧化涂料对金属材料在热处理过程中进行高温抗氧化保护，其原理为在热处理前，将高温抗氧化涂料涂覆在金属表面，高温热处理时涂层软化达到熔融状态，在金属表面形成致密保护膜，阻止高温气体向基体渗透从而达到高温防氧化效果。目前市场上应用较多的是添加碳化硼、氮化硼高温抗氧化涂料，但局限温度为1000℃，温度超过1000℃时，碳化硼或氮化硼会形成较高的蒸汽压，挥发速度快，导致抗氧化时间有限。因此开发一种能在更苛刻温度环境下稳定的高温抗氧化涂料以扩大市场应用是行业人员始终追求的目标。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种改性白石墨烯复合抗氧化涂料及其制备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的改性白石墨烯复合抗氧化涂料，包括：液体相和无机固体相；
所述液体相按重量份数包括：20～50份基体树脂，5～30份硅溶胶，5～30份偶联剂，20～60份去离子水；
所述无机固体相按重量份数包括：0.1～10份改性白石墨烯，5-20份玻璃粉，10～40份球形氧化铝，5-30份气相二氧化硅。
进一步的，所述液体相中，基体树脂包括丙烯酸树脂、水性聚氨酯、丙烯酸-有机硅树脂中的至少一种；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH-570、KH-590、钛酸正丁酯中的一种。
进一步的，所述无机固体相中，改性白石墨烯为5～10层白石墨烯；
所述球形氧化铝的直径为50～200nm；
所述气相二氧化硅直径为10～100nm。
本发明改性白石墨烯复合抗氧化涂料的制备，包括：按重量份数分别称取一定量的基体树脂、硅溶胶、偶联剂和去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌，再称取一定量的球形氧化铝、气相二氧化硅、玻璃粉和改性白石墨烯，并依次加入到高速搅拌机中升温混合搅拌后，再经行星球磨机球磨30～240min得到最终产品；
所述高速搅拌机作业温度为40～100℃、搅拌时间为10～60min。
进一步的，所述白石墨烯表面改性方法为：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液、长链硼烷、十二烷基苯磺酸钠乙醇溶液、溴化十六烷基吡啶乙醇溶液或聚环氧乙烷烷基醇酰胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
5～10层的改性白石墨烯，因其为单层或者少层六方氮化硼，具有类似石墨的层状结构，抗氧化温度900℃，耐高温2000℃，并有良好的隔离气体性能。当原子层少于十层时，片层排列紧凑、均匀，且阻挡片层数目较多，气体在涂层中绕行，路径变长，少量添加就能很好的阻挡气体通过；在高温苛刻环境中，与传统的氮化硼耐高温抗氧化涂料相比，经表面修饰的白石墨烯与基体有更好的亲和性，致密分散于涂层中，而且同样重量下的白石墨烯片层数更多，层与层之间会结合得更紧密隔离氧气的能力更强，因此经白石墨烯改性的高温抗氧化涂料的抗氧化能力更强。
本发明的改性白石墨烯复合抗氧化涂料，能承受1800℃高温、抗氧化能力强，同时具有较好的附着力和耐候性，这大大延长了被保护材料的使用寿命，具有很大的应用价值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份丙烯酸树脂、10份硅溶胶、10份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取10份球形氧化铝、20份气相二氧化硅、10份玻璃粉和0.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为15min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨120min，得到复合抗氧化涂料。
实施例2
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取20份丙烯酸树脂、10份硅溶胶、5份KH-570硅烷偶联剂和40份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取15份球形氧化铝、10份气相二氧化硅、7份玻璃粉和2.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制60℃，时间为30min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨60min，得到复合抗氧化涂料。
实施例3
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份水性聚氨酯、10份硅溶胶、8份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取10份球形氧化铝、20份气相二氧化硅、10份玻璃粉和0.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为15min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨120min，得到复合抗氧化涂料。
实施例4
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取20份水性聚氨酯、8份硅溶胶、5份KH-570硅烷偶联剂和40份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取15份球形氧化铝、10份气相二氧化硅、7份玻璃粉和2.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制60℃，时间为30min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨60min，得到复合抗防氧化涂料。
实施例5
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份丙烯酸-有机硅树脂、5份硅溶胶、7份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取10份球形氧化铝、20份气相二氧化硅、10份玻璃粉和0.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为15min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨120min，得到复合抗氧化涂料。
实施例6
步骤1)白石墨烯表面改性：选用5-10层的白石墨烯用0.3％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得白石墨烯改性添加剂；
步骤2)改性白石墨烯复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取20份丙烯酸-有机硅树脂、5份硅溶胶、7份KH-570硅烷偶联剂和40份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取15份球形氧化铝、10份气相二氧化硅、7份玻璃粉和2.5份改性白石墨烯依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制60℃，时间为30min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨60min，得到复合抗氧化涂料。
对比实施例1
复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份丙烯酸树脂、10份硅溶胶、8份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取20份球形氧化铝、20份气相二氧化硅和10份玻璃粉依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为40min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨90min，得到复合抗氧化涂料。
对比实施例2
复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份水性聚氨酯、10份硅溶胶、8份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取20份球形氧化铝、20份气相二氧化硅和10份玻璃粉依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为40min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨90min，得到复合抗氧化涂料。
对比实施例3
复合抗氧化涂料制备：按重量份数分别称取30份丙烯酸-有机硅树脂、8份硅溶胶、5份KH-570硅烷偶联剂和50份去离子水后，依次加入到高速搅拌机中常温混合搅拌5min。再称取20份球形氧化铝、20份气相二氧化硅和10份玻璃粉依次加入到高速搅拌机中混合搅拌，温度控制80℃，时间为40min；结束后取出产物再经行星研磨机研磨90min，得到复合抗氧化涂料。
表1中为测定各实施例复合抗氧化涂料固化成膜后的各项性能指标：
表1复合抗氧化涂料的各项性能数据
从上表可知，本发明的改性白石墨烯复合抗氧化涂料能承受1800℃高温、抗氧化能力强，同时具有较好的附着力和耐候性，这大大延长了被保护材料的使用寿命，具有很大的应用价值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。