[發明專利]一種由樹枝狀大分子搭載分散制備石墨烯防腐涂料的方法

在審

• 申請號: 201711120382.1
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107880776A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 陳慶;昝航
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C09D187/00
• 分類號: C09D187/00;C09D5/08;C09D7/61;C09D7/63;C08G83/00
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技術領域

本發明涉及涂料領域，具體涉及一種由樹枝狀大分子搭載分散制備石墨烯防腐涂料的方法。

背景技術

金屬材料受周圍介質的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態。腐蝕時，在金屬的界面上發生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化(離子)狀態。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬 構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命。金屬的腐蝕現象非常普遍，其中用量最大的金屬—鐵制品的腐蝕最為常見。造成金屬材料的腐蝕因素有很多，其中包括，空氣或液體中的鹽度、溫度、pH值及微生物腐蝕。常規的防腐措施是，在金屬的表面涂抹一層防腐涂料，以將金屬與空氣隔離，達到防腐的效果。

防腐涂料，一般分為常規防腐涂料和重防腐涂料，是油漆涂料中必不可少的一種涂料。常規防腐涂料是在一般條件下，對金屬等起到防腐蝕的作用，保護有色金屬使用的壽命；重防腐涂料是指相對常規防腐涂料而言，能在相對苛刻腐蝕環境里應用，并具有能達到比常規防腐涂料更長保護期的一類防腐涂料。防腐涂料一直是涂料的重要分支之一，在工業生產中應用十分廣泛。在國民經濟生產中，大量金屬制品的使用使得設備防腐的要求很高，防腐涂料的市場需求呈現持續上升態勢。

石墨烯是納米材料中厚度最小、強度最大的種類。由于吸光率很低，只有2.3%，所以外觀幾乎是完全透明的。石墨烯物理性能優異，導熱性能比碳納米管和金剛石還高，室溫環境下其電子遷移率超過納米碳管或硅晶體。石墨烯是當前世界上已知材料中導電性最好的材料，電阻率低于銅或銀。石墨烯兼具比表面積大、導電性好、化學穩定性強、力學性能和導熱性能優異等優點，一經問世，就受到世界各國的廣泛關注。石墨烯應用范圍十分廣闊，涂料是目前石墨烯眾多應用領域中的一個重要組成部分。石墨烯本身具有憎水憎油性，其片層結構具有“迷宮”效應，具有優異的防腐阻隔性能，可阻礙水、腐蝕性離子等向金屬基材的滲透，延緩金屬基材的腐蝕速度，進而對底材起到防腐的作用。石墨烯與各種涂料樹脂通過物理共混、原位聚合和溶膠-凝膠技術等法復合；或用偶聯劑修飾，或采用原位聚合等工藝。這些工藝在改性水性涂料中均證實可行，且性能改進有一定效果。即便如此，石墨烯在防腐涂料中應用存在難以分散的缺陷，會產生自身團聚，破壞其分散的均勻性、致密性，導致制得涂料防腐效果差，阻隔性能不理想，防腐性能反而下降。

樹枝狀大分子是一類高規整度、三維結構的、 具有納米尺度的一類大分子。樹枝狀大分子不同于傳統的自由纏繞的聚合物，在結構上分為三部分：始發內核、連在始發內核上被稱為代的重復結構、連在樹枝狀大分子最外層重復單元上的末層功能化基團。樹枝狀大分子是一種真正的納米級分子，其直徑范圍從G0代到G10代為1～13 nm，樹枝狀大分子的結構、大小、尺寸精確可控，樹枝狀大分子能通過化學鍵接枝在石墨烯表面，這為石墨烯材料分散性能的大幅改進和應用拓展提供了可能性。

當前，針對石墨烯在涂料中的的分散問題開展一系列研究工作，取得了一些成果，但是石墨烯分散性改進以及在涂料中的添加量仍然有限，達不到改性防腐涂料的要求，石墨烯在高摻入量時候的分散問題是在防腐涂料中發揮石墨烯性能的關鍵技術之一。

發明內容

針對石墨烯的優異性能和石墨烯在防腐涂料中應用存在難以分散的缺陷，以及石墨烯的層容易重新重疊聚集的缺陷，目前技術術手段是利用載體搭載石墨烯進行分散，但搭載效率較低，制得的產品性能不穩定。基于此，本發明提出一種由樹枝狀大分子搭載分散制備石墨烯防腐涂料，實現石墨烯在防腐涂料中的良好分散，提升石墨烯摻入量，提升防腐涂料的性能。

一種由樹枝狀大分子搭載分散制備石墨烯防腐涂料的方法，具體工藝步驟如下：

（1）羧基化處理

將72%濃硫酸放冰水槽中冷卻到0~3℃，置于冰水浴中三口瓶中依次加入石墨粉、NaNO₃與濃硫酸，機械攪拌反應10~30min；緩慢加入高錳酸鉀，控制三口瓶內反應溫度在10~15℃之間，機械攪拌反應1~2h；然后將三口瓶水浴加熱到80~95℃，緩慢滴入蒸餾水和H₂O₂，機械攪拌30~120min；當溶液顏色由暗棕色變為亮黃色后，趁熱過濾，用5%的鹽酸溶液洗滌；離心分離并用蒸餾水洗至溶液將近中性，50~80℃真空干燥得氧化石墨；所述石墨粉、72%濃硫酸、NaNO₃、高錳酸鉀、H₂O₂、蒸餾水的加入重量比例為：1:35~45:0.4~0.7:3~5:2~5:90~150；