[發明專利]含石墨烯的金屬表面處理劑以及耐腐蝕性涂層制備方法

有效

• 申請號: 201510072348.6
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104629603B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 李靜;李雅雅;楊真真;崔錦燦;楊俊和;邱漢迅;楊光智
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D133/00;C09D7/12;C09D5/08;B05D7/16
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種含石墨烯的有機基金屬表面處理劑及其在金屬表面的涂層。

背景技術

隨著毒性較大的六價鉻鈍化膜被逐步禁用，有機涂層成為生產實踐中最常用的金屬基板的表面耐蝕性保護方法。但是，有機涂層的耐蝕性通常不如六價鉻鈍化膜，主要原因在于水和氧氣等小分子在有機涂層中的滲透，導致膜下腐蝕的發生。石墨烯是一種Sp²雜化的單原子石墨片層,擁有一系列獨特的性能，例如良好的導電性、熱傳導性，優異的機械性能以及高的比表面積和透光性。此外，石墨烯對小分子有很好的阻隔作用，可以用來制備高耐蝕性的復合涂層。

本發明將石墨烯與有機基金屬表面處理劑復合，并在金屬表面成膜，制得石墨烯增強的復合涂層。該復合涂層能大大提高傳統有機涂層的耐蝕性。其中，石墨烯的表面狀態，石墨烯的添加量，石墨烯在復合涂層中的分散狀態，表面處理劑中偶聯劑的添加量是影響復合涂層耐蝕性的關鍵因素。做為一種高耐蝕性復合涂料的添加劑，石墨烯具有廣闊的應用前景。

現有技術CN201410385426.3用電沉積法制備石墨烯復合防腐涂層，相比之下本發明的金屬表面處理劑配方更適合金屬基板的工業生產中常用的輥涂法制備工藝。現有技術CN201310262841.5、CN201410005916.6、CN102093700A將石墨烯與水性聚氨酯復合制備導電復合材料。現有技術201410036016.8原位法制備石墨烯增強的水性聚氨酯復合導電涂料。本發明創新性地制備了含有石墨烯的金屬表面處理劑，用做金屬基底的涂層。并對該復合涂層的耐蝕性進行了電化學阻抗測試，該復合涂層具有超高耐蝕性，適合工業化生產中金屬基板的表面防腐。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出了一種含石墨烯的金屬表面處理劑及其超高耐蝕性涂層的制備方法。其中石墨烯片層在涂層中分散，起到對腐蝕性介質的物理阻隔作用；水性樹脂做為主要成膜物質保證涂層完整性，并做為復合涂層的基體材料把石墨烯添加物粘合在一起成為一個整體；偶聯劑有兩方面的作用，一是在涂層和金屬基板之間起到橋連作用，保證涂層與基板之間的結合力，二是在石墨烯和有機基體之間起到橋連作用，保證石墨烯和有機基體之間良好的界面結合力。該發明中的關鍵技術問題有兩方面1)金屬表面處理劑的配方技術；2)通過控制石墨烯的表面狀態，實現石墨烯在納米尺度上的穩定分散技術。

本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：

A)通過改進Hummers方法將膨脹石墨氧化為氧化石墨，將氧化石墨分散在水中借助磁力攪拌、機械振動、超聲波等方法剝離得到氧化石墨烯；

B)為了解決還原過程中石墨烯的團聚問題，可以采用原位還原法，即將步驟A)所得氧化石墨烯的水分散液加入金屬表面處理劑中混合后，再加入質量為氧化石墨烯的1倍～40倍的還原劑，實現原位還原。還原劑為肼及其衍生物、維生素C、葡萄糖中的一種氧化石墨烯中；

C)為了解決還原過程中石墨烯的團聚問題，還可以對氧化石墨烯進行表面化學修飾及還原，即在步驟A)所得氧化石墨烯的水分散液中加入偶聯劑、表面活性劑或含氨基的處理劑、還原劑混合；使石墨烯表面在一定條件下形成鍵合，并一定程度還原氧化石墨烯。

D)將占固體物質組份的5％～39.95％的偶聯劑，包括含氨基的硅烷偶聯劑、含環氧基的硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的至少一種，稀釋成濃度不超過20％的水分散液。

E)將D)中的偶聯劑水分散液加入到占固體物質組份的60％以上的水性樹脂中，包括水性聚氨酯和水性丙烯酸樹脂中的至少一種，混合均勻。

F)將A)或C)中得到的氧化石墨烯或改性石墨烯的水分散液加入E)中的混合溶液中，并加入一定量的去離子水，混合均勻后獲固含量一定的含石墨烯的金屬表面處理劑。

G)用脫脂劑、乙醇、丙酮、去離子水等，將金屬基板充分清洗干凈，去除油污等雜質；

H)通過棒涂法將F)中制得的含石墨烯的金屬表面處理劑均勻涂布在基板上，并在一定的溫度下烘干，獲得復合涂層。