[0001]
本发明属于涂层材料相关技术领域，具体涉及一种改性石墨烯涂层材料 制备方法。
背景技术：
[0002]
涂料，在中国传统名称为油漆。所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物 体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或 乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制 而成的粘稠液体。涂料属于有机化工高分子材料，所形成的涂膜属于高分子 化合物类型。按照现代通行的化工产品的分类，涂料属于精细化工产品。现 代的涂料正在逐步成为一类多功能性的工程材料，是化学工业中的一个重要 行业。涂层材料在物品的表面形成的涂层具有防护、美观等作用。
[0003]
现有的涂层材料技术存在以下问题：由于其附着力较差，在涂层干了之 后容易发生脱落，且在收到外物如雨水等的侵蚀之后会发生颜色的退变问题， 影响正常的防护和美观的作用。
技术实现要素：
[0004]
本发明的目的在于提供一种改性石墨烯涂层材料制备方法，以解决上述 背景技术中提出的由于其附着力较差，在涂层干了之后容易发生脱落，且在 收到外物如雨水等的侵蚀之后会发生颜色的退变问题，影响正常的防护和美 观的作用问题。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006]
一种改性石墨烯涂层材料制备方法，其制备方法包括石墨烯的制备、原 料配比和混合加工，原料配比中的组分为：改性树脂25～50％、石墨烯5～ 20％、石墨烯分散剂1～3％、纳米钛粉1～1.5％、分散剂1～1.5％、溶剂30～ 40％和催化剂0.5～1.5％。
[0007]
优选的，石墨烯的制备步骤如下：
[0008]
步骤一：首先准备需要使用的原料硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水和天 然石墨；
[0009]
步骤二：利用上述硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨 进行氧化，从而增大石墨层之间的间距，在石墨层与成之间插入氧化物，制 得氧化石墨烯；
[0010]
步骤三：将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧 化石墨粉体；
[0011]
步骤四：通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制 得氧化石墨烯
[0012]
步骤五：最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。
[0013]
优选的，混合加工的步骤如下：
[0014]
步骤一：将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声处理，使得 其制备得出分散剂；
[0015]
步骤二：然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备过滤设备，将分散 剂通过过
滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶液；
[0016]
步骤三：将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部， 然后依次将上述准备的原料改性树脂45％、石墨烯10％、石墨烯分散剂2％、 纳米钛粉1％、分散剂1％、溶剂39％和催化剂1％加入到反应釜内部进行混 合搅拌反应，反应过程中反应釜底部通过加热装置使得其保持恒温；
[0017]
步骤四：恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层材料 取出放入存储容器中。
[0018]
优选的，超声功率为200-700w，超声处理时间为1-2小时。
[0019]
对不同石墨烯含量的涂层材料模拟潮湿环境(如雨水、和生活用水)进 行浸泡腐蚀测试，测试步骤如下：
[0020]
步骤一：取适量的上述涂层材料，然后加入适量的溶剂进行融合搅拌， 得出待测式样；
[0021]
步骤二：将待测式样涂料涂覆在试件表面；
[0022]
步骤三：将涂覆的石墨烯涂层膜放置雨水和生活用水中5h，观察其腐蚀 情况；
[0023]
对不同石墨烯含量的涂层材料进行电化学阻抗谱测试；
[0024]
步骤一：取上述石墨烯涂层材料，然后利用溶剂进行混合制成涂料液体， 然后涂覆在指定的试件表面，在涂覆的涂料膜上连接上导电线路，然后再次 进行石墨烯涂层材料的涂覆，从而得到阻抗谱测试样膜；
[0025]
步骤二：对阻抗谱测试样膜进行极化曲线和电化学阻抗谱测试，形成阻 抗谱测试样膜为工作电极的三电极体系，极化曲线动电位扫描范围为ecorr
±ꢀ
0.3v，扫描速率为1.2mv/s，电化学阻抗谱测量频率范围为12k-12m hz，交流 扰动电压幅值为11mv，测量极化曲线以及阻抗谱。
[0026]
与现有技术相比，本发明提供了一种改性石墨烯涂层材料制备方法，具 备以下有益效果：
[0027]
本发明使用氧化还原法制备的石墨烯,含有较丰富的含氧官能团,易于改 性，这样在混合加工的时候，各组分之间混合更加彻底，利用可以充分改性 的石墨烯进行反应混合，利用氧化石墨烯的有效吸附作用，促进了石墨烯在 溶剂的充分混合，使得制备出的石墨烯涂料吸附性更好，稳定性高，涂层长 久不会脱落和退变。
具体实施方式
[0028]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
[0029]
本发明提供一种技术方案：
[0030]
一种改性石墨烯涂层材料制备方法，其制备方法包括石墨烯的制备、原 料配比和混合加工，原料配比中的组分为：改性树脂25～50％、石墨烯5～ 20％、石墨烯分散剂1～3％、纳米钛粉1～1.5％、分散剂1～1.5％、溶剂30～ 40％和催化剂0.5～1.5％。
[0031]
石墨烯的制备步骤如下：
[0032]
步骤一：首先准备需要使用的原料硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水和天 然石墨；
[0033]
步骤二：利用上述硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨 进行氧化，从而增大石墨层之间的间距，在石墨层与成之间插入氧化物，制 得氧化石墨烯；
[0034]
步骤三：将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧 化石墨粉体；
[0035]
步骤四：通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制 得氧化石墨烯；
[0036]
步骤五：最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。
[0037]
混合加工的步骤如下：
[0038]
步骤一：将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声处理，使得 其制备得出分散剂；
[0039]
步骤二：然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备过滤设备，将分散 剂通过过滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶液；
[0040]
步骤三：将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部， 然后依次将上述准备的原料改性树脂25～50％、石墨烯5～20％、石墨烯分散 剂1～3％、纳米钛粉1～1.5％、分散剂1～1.5％、溶剂30～40％和催化剂 0.5～1.5％加入到反应釜内部进行混合搅拌反应，反应过程中反应釜底部通 过加热装置使得其保持恒温；
[0041]
步骤四：恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层材料 取出放入存储容器中。
[0042]
超声功率为200-700w，超声处理时间为1-2小时。
[0043]
采用如上述的改性石墨烯涂层材料的制备方法制备得到不同还原性得出 的石墨烯含量的涂层材料，涂层材料的石墨烯含量包括制10％、15％和20％；
[0044]
取不同石墨烯含量的涂层材料分别涂装形成对应的涂层；
[0045]
取不同的涂层分别测量接触角；
[0046]
观察不同的涂层膜的外形和表面光滑度并进行面扫描，通过对石墨烯元 素的分布表征，得到石墨烯在对应的涂层中的分布情况；
[0047]
对不同石墨烯含量的涂层材料模拟潮湿环境(如雨水、和生活用水)进 行浸泡腐蚀测试；
[0048]
对不同石墨烯含量的涂层材料进行电化学阻抗谱测试。
[0049]
下面将对本发明的较佳实施例进行分类说明；
[0050]
实施例一：
[0051]
首先准备需要使用的原料硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水和天然石墨；
[0052]
利用上述硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨进行氧化， 从而增大石墨层之间的间距，在石墨层与成之间插入氧化物，制得氧化石墨 烯；
[0053]
将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉 体；
[0054]
通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石 墨烯；
[0055]
最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。
[0056]
将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声处理，使得其制备得 出分散剂；
[0057]
然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备过滤设备，将分散剂通过过 滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶液；
[0058]
将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部，然后依 次将上述准备的原料改性树脂45％、石墨烯10％、石墨烯分散剂2％、纳米钛 粉1％、分散剂1％、溶剂39％和催化剂1％加入到反应釜内部进行混合搅拌 反应，反应过程中反应釜底部通过加热装置使得其保持恒温；
[0059]
步骤四：恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层材料 取出放入存储容器中。
[0060]
实施例二：
[0061]
首先准备需要使用的原料硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水和天然石墨；
[0062]
利用上述硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨进行氧化， 从而增大石墨层之间的间距，在石墨层与成之间插入氧化物，制得氧化石墨 烯；
[0063]
将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉 体；
[0064]
通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石 墨烯；
[0065]
最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。
[0066]
将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声处理，使得其制备得 出分散剂；
[0067]
然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备过滤设备，将分散剂通过过 滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶液；
[0068]
将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部，然后依 次将上述准备的原料改性树脂40％、石墨烯15％、石墨烯分散剂2％、纳米钛 粉1％、分散剂1％、溶剂39％和催化剂1％加入到反应釜内部进行混合搅拌 反应，反应过程中反应釜底部通过加热装置使得其保持恒温；
[0069]
步骤四：恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层材料 取出放入存储容器中。
[0070]
实施例三：
[0071]
首先准备需要使用的原料硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水和天然石墨；
[0072]
利用上述硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨进行氧化， 从而增大石墨层之间的间距，在石墨层与成之间插入氧化物，制得氧化石墨 烯；
[0073]
将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉 体；
[0074]
通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石 墨烯；
[0075]
最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。
[0076]
将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声处理，使得其制备得 出分散剂；
[0077]
然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备过滤设备，将分散剂通过过 滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶液；
[0078]
将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部，然后依 次将上述准备的原料改性树脂35％、石墨烯20％、石墨烯分散剂2％、纳米钛 粉1％、分散剂1％、溶剂39％和催化剂1％加入到反应釜内部进行混合搅拌 反应，反应过程中反应釜底部通过加热
装置使得其保持恒温；
[0079]
步骤四：恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层材料 取出放入存储容器中。
[0080]
对不同石墨烯含量的涂层材料模拟潮湿环境(如雨水、和生活用水)进 行浸泡腐蚀测试，测试步骤如下：
[0081]
步骤一：取适量的上述涂层材料，然后加入适量的溶剂进行融合搅拌， 得出待测式样；
[0082]
步骤二：将待测式样涂料涂覆在试件表面；
[0083]
步骤三：将涂覆的石墨烯涂层膜放置雨水和生活用水中5h，观察其腐蚀 情况；
[0084]
对不同石墨烯含量的涂层材料进行电化学阻抗谱测试；
[0085]
步骤一：取上述石墨烯涂层材料，然后利用溶剂进行混合制成涂料液体， 然后涂覆在指定的试件表面，在涂覆的涂料膜上连接上导电线路，然后再次 进行石墨烯涂层材料的涂覆，从而得到阻抗谱测试样膜；
[0086]
步骤二：对阻抗谱测试样膜进行极化曲线和电化学阻抗谱测试，形成阻 抗谱测试样膜为工作电极的三电极体系，极化曲线动电位扫描范围为ecorr
ꢀ±
0.3v，扫描速率为1.2mv/s，电化学阻抗谱测量频率范围为12k-12m hz， 交流扰动电压幅值为11mv，测量极化曲线以及阻抗谱。
[0087]
经过上述检测得出使用氧化还原法制备的石墨烯,含有较丰富的含氧官 能团,易于改性，这样在混合加工的时候，各组分之间混合更加彻底，利用可 以充分改性的石墨烯进行反应混合，利用氧化石墨烯的有效吸附作用，促进 了石墨烯在溶剂的充分混合，使得制备出的石墨烯涂料吸附性更好，稳定性 高，涂层长久不会脱落和退变。
[0088]
本发明的制备方法：将石墨烯加入上述溶剂中，利用超声设备进行超声 处理，使得其制备得出分散剂；然后将上述分散剂从容器中取出，然后准备 过滤设备，将分散剂通过过滤设备进行过滤处理，从而得出精细的分散剂溶 液；将过滤得出的分散剂溶液取出，加入到准备的混合反应釜内部，然后依 次将上述准备的原料改性树脂25～50％、石墨烯5～20％、石墨烯分散剂1～3％、 纳米钛粉1～1.5％、分散剂1～1.5％、溶剂30～40％和催化剂0.5～1.5％ 加入到反应釜内部进行混合搅拌反应，反应过程中反应釜底部通过加热装置 使得其保持恒温；恒温反应之后即可得出改性石墨烯涂层材料，然后将涂层 材料取出放入存储容器中。
[0089]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。