一种聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种防腐涂料，特别是涉及一种聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料 及其制备方法，属于新型复合材料与功能涂料领域。
【背景技术】
[0002] 金属腐蚀是金属材料受周围环境作用发生化学或者电化学反应，从而导致金属材 料性能被破坏的现象。因此为了减少甚至阻止金属腐蚀，人们采用阴极保护法、涂层法来保 护金属。目前最常见、最便捷、最有效的方法之一是在金属表面涂覆一层防腐蚀涂料，隔绝 外界环境与金属表面接触，从而达到金属防腐的目的。目前在石油行业、电力行业、以及基 础建设等领域对于防腐涂料需求日益增长。
[0003] 导电高分子之一的聚苯胺作为一种新型防腐材料，能提高金属腐蚀电位，传导腐 蚀过程中形成的电子，阻碍电子向氧化物质传递，在金属表面形成钝化层，减缓金属的腐 蚀。石墨烯是目前世界上最薄的二维材料，它热稳定性好、导电性优异、硬度高等优点使其 在可以应用在涂料中。中国发明专利申请CN102604533A与CN104910752A公布了基于聚苯胺 与石墨烯复合材料的防腐涂料及制备方法。两项发明均认为石墨烯有利于提高漆膜物理防 腐性能，而负载在石墨烯的聚苯胺可以提供电化学防腐性，二者的协同作用使得该涂料具 有良好的金属防腐性能。然而在上述专利中，石墨烯没有得到进一步的处理，其在分散过程 中容易发生团聚、重堆叠影响自身性能的发挥。另一方面这些涂料在日常使用过程中，不可 避免地会发生各种摩擦磨损，导致金属基底表面涂料的破坏与脱落。因此现有的防腐涂料 效果一般，非常有必要开发一种新型防腐涂料。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种具有物理与电化学双重防腐、物理性能好、综合性能 优良的聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料及其制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是:一种聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐 涂料，由以下组分构成，
[0006] 环氧树脂40-60,聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料5-10,固化剂10-30,增塑剂1-5， 消泡剂1-5，溶剂20-40，按质量百分比计。
[0007] 按上述方案，所述的聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料的制备方法是：
[0008] 1)将0.5-lg碳化硅加入十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散5-30分钟后加入苯 胺，在〇-4°C搅拌混合均勾，十二烷基苯磺酸钠浓度为20-50mg/mL，苯胺浓度为0.1-0.5mol/ L；
[0009] 2)配置pH=l_4的含有氧化剂的水溶液，冷却至0_4°C，所述氧化剂为氯化铁、硝酸 铁、或过硫酸铵，氧化剂与苯胺的摩尔比为3:1-1:2;
[0010] 3)将步骤1)与步骤2)的溶液混合，在0-4°C下搅拌反应4-12小时，过滤、洗涤、干 燥，得到聚苯胺/碳化硅复合材料；
[0011] 4)将聚苯胺/碳化硅复合材料分散在水中，配制聚苯胺/碳化硅复合材料重量含量 为0.5-10%的悬浮液，将悬浮液在搅拌下滴加到浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨稀水溶液， 滴加完成后过滤、干燥即得到氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料；
[0012] 5)将氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料置于水合肼中，在70-95°C下还原反应 12-24小时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料。
[0013] 所述的聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料的制备方法，其特征在于：
[0014] 1)将0.5-lg碳化硅加入十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散5-30分钟后加入苯 胺，在〇-4°C搅拌混合均勾，十二烷基苯磺酸钠浓度为20-50mg/mL，苯胺浓度为0.1-0.5mol/ L；
[0015] 2)配置pH=l-4的含有氧化剂的水溶液，冷却至0-4°C，所述氧化剂为氯化铁、硝酸 铁、或过硫酸铵，氧化剂与苯胺的摩尔比为3:1-1:2;
[0016] 3)将步骤1)与步骤2)的溶液混合，在0_4°C下搅拌反应4-12小时，过滤、洗涤、干 燥，得到聚苯胺/碳化硅复合材料；
[0017] 4)将聚苯胺/碳化硅复合材料分散在水中，配制聚苯胺/碳化硅复合材料重量含量 为0.5-10%的悬浮液，将悬浮液在搅拌下滴加到浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨稀水溶液， 滴加完成后过滤、干燥即得到氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料；
[0018] 5)将氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料置于水合肼中，在70-95°C下还原反应 12-24小时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料；
[0019] 6)将聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料加入含有环氧树脂的溶剂中，搅拌分散均 匀，进而加入固化剂、增塑剂和消泡剂后再搅拌10-30分钟，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复 合防腐涂料。
[0020] 按上述方案，所述的环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44、环氧树脂E42、环氧树 月旨E35或环氧树脂E31。
[0021] 按上述方案，所述的固化剂为聚酰胺固化剂或聚醚胺固化剂。
[0022] 按上述方案，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
[0023] 按上述方案，所述的消泡剂为氟娃酮类Airex931，氟娃酮类Airex932或有机改性 聚硅氧烷Airex962 〇
[0024] 按上述方案，所述的溶剂为甲苯、二甲苯、正丁醇或N-甲基吡咯烷酮。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：
[0026] 1)十二烷基苯磺酸钠水溶液有利于碳化硅的分散，从而实现聚苯胺对碳化硅的有 效包埋;2)聚苯胺/碳化硅复合材料表面的苯胺基团呈现正电性，能与带有负电性的氧化石 墨烯在静电作用下发生自组装，实现氧化石墨烯紧紧包覆在聚苯胺/碳化硅复合材料表面， 最终还原后得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料，解决石墨烯在复合材料制备中难以加工 分散的难题;3)复合材料中的聚苯胺与石墨烯具有良好的导电性，可以起到防腐的效果，碳 化硅硬度高、热稳定性高，可增强涂料性能，三者协同作用使得该涂料具有优良的防腐性 能;4)生产工艺成熟，操作简单，无需复杂设备，易于规模化工业生产。
【具体实施方式】
[0027] 为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0028] 实施例1:
[0029]按质量比百分比计由以下组分构成，环氧树脂E51为50,聚苯胺/碳化硅/石墨烯复 合材料为5，聚酰胺固化剂为15，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯为2，消泡剂氟硅酮类Airex931为 1，溶剂N-甲基吡咯烷酮为27。
[0030] 1)将0.5g碳化娃加入十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散10分钟后加入苯胺， 在0°C搅拌混合均勾，十二烷基苯磺酸钠浓度为20mg/mL，苯胺浓度为0.15mol/L;
[0031] 2)配置pH=l的含有氯化铁的水溶液，冷却至0°C，氯化铁与苯胺的摩尔比为1.5: 1;
[0032] 3)将步骤1)与步骤2)的溶液混合，在0°C下搅拌反应8小时，过滤、洗涤、干燥，得到 聚苯胺/碳化硅复合材料；
[0033] 4)将聚苯胺/碳化硅复合材料分散在水中，配制聚苯胺/碳化硅复合材料重量含量 为1 %的悬浮液，将悬浮液在搅拌下滴加到浓度为0.5mg/mL的氧化石墨稀水溶液，滴加完成 后过滤、干燥即得到氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料；
[0034] 5)将氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料置于水合肼中，在95°C下还原反应12小 时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料。
[0035] 6)将聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料加入含有环氧树脂E51的N-甲基吡咯烷酮 中，搅拌分散均匀，进而加入聚酰胺固化剂、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和消泡剂氟硅酮类 Airex931后再搅拌15分钟，得到聚苯胺/碳化娃/石墨稀复合防腐涂料。
[0036] 实施例2:
[0037]按质量比计由以下组分构成，环氧树脂E44为45,聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料 为8,聚酰胺固化剂为18,增塑剂邻苯二甲酸二丁酯为5,消泡剂氟硅酮类Airex932为1，溶剂 正丁醇为23。
[0038] 1)将0.6g碳化娃加入十二烷基苯磺酸钠水溶液中，超声分散15分钟后加入苯胺， 在2°C搅拌混合均勾，十二烷基苯磺酸钠浓度30mg/mL，苯胺浓度为0.3mol/L;
[0039] 2)配置pH=2的含有硝酸铁的水溶液，冷却至2°C，硝酸铁与苯胺的摩尔比为1:1;
[0040] 3)将步骤1)与步骤2)的溶液混合，在2°C下搅拌反应12小时，过滤、洗涤、干燥，得 到聚苯胺/碳化硅复合材料；
[0041 ] 4)将聚苯胺/碳化硅复合材料分散在水中，配制聚苯胺/碳化硅复合材料重量含量 为5 %的悬浮液，将悬浮液在搅拌下滴加到浓度为4mg/mL的氧化石墨稀水溶液，滴加完成后 过滤、干燥即得到氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料；
[0042] 5)将氧化石墨烯包覆聚苯胺/碳化硅材料置于水合肼中，在90°C下还原反应18小 时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料。
[0043] 6)将聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料加入含有环氧树脂E44的溶剂中，搅拌分散 均匀，进而加入聚酰胺固化剂、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯和消泡剂氟硅酮类Airex932后再 搅拌20分钟，得到聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料。
[0044] 实施例3:
[0045] 按质量比计由以下组分构成，环氧树脂E42为60,聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合材料 为8，聚醚胺固化剂为10，增塑剂邻苯二甲酸二辛酯为4，消泡剂有机改性聚硅氧烧Airex962 为1，溶剂二甲苯为17。