[發(fā)明專利]一種高效防腐用超大尺寸石墨烯水性漿料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110041739B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡南滔;李志平;趙杰;孫浩
• 申請（專利權(quán)）人: 砥創(chuàng)（蘇州）新材料科技有限公司
• 主分類號: C09D5/08
• 分類號: C09D5/08;C09D163/00
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明公開了一種高效防腐用超大尺寸石墨烯水性漿料及其制備方法，采用還原劑原位還原超大尺寸氧化石墨烯，并在石墨烯表面發(fā)生嵌段共聚，形成分子層面的可水分散修飾層，還原劑與超大尺寸氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8～15):1，其中，還原劑為親水電活性聚合物單體與憎水電活性聚合物單體的混合物，還原劑原位還原超大尺寸氧化石墨烯是在混合溶液中進(jìn)行，混合溶液包括去離子水和有機(jī)溶劑，本發(fā)明涉及石墨烯的分子層面功能化修飾技術(shù)領(lǐng)域。該高效防腐用超大尺寸石墨烯水性漿料及其制備方法，制備的石墨烯分散漿料具有廣泛適用性，適用于水性環(huán)氧樹脂體系、水性丙烯酸樹脂體系、水性聚氨酯體系，給大規(guī)模生產(chǎn)節(jié)約了大量成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯的分子層面功能化修飾技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高效防 腐用超大尺寸石墨烯水性漿料及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯，作為一種新型二維材料，由于其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性而 備受關(guān)注。目前石墨烯已在光電器件、傳感器、新型功能復(fù)合材料以及儲能 領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前，石墨烯在使用過程中易存在分散性差、片層易堆疊等 問題，這也是限制石墨烯進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸之一。大量的研究結(jié)果表 明，石墨烯分散性差、易堆疊問題的存在與石墨烯本身的結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系， 石墨烯在制備過程中易在其片層結(jié)構(gòu)上形成大量的含氧官能團(tuán)(環(huán)氧基、羥 基、羧基等官能團(tuán))及缺陷，這些官能團(tuán)及缺陷之間易存在相互作用力，導(dǎo) 致堆疊現(xiàn)象發(fā)生；然而，針對片層結(jié)構(gòu)含氧官能團(tuán)的存在，研究者們通過還 原法在一定程度上去除石墨烯片層結(jié)構(gòu)上的含氧官能團(tuán)，但在還原過程中易 對石墨烯本身具有的共軛結(jié)構(gòu)造成破壞，同時(shí)導(dǎo)致石墨烯表面會產(chǎn)生新的缺 陷和孔洞，使得還原后的石墨烯與石墨烯本征的諸多優(yōu)異的物化特性仍然存 在很大差異，同時(shí)在實(shí)際使用過程中還原后的石墨烯分散性并沒有預(yù)想的好。 然而針對這一問題研究者們采用最多的方法是通過將石墨烯片層結(jié)構(gòu)表面含 氧官能團(tuán)開環(huán)、酯化、酰胺化等功能化反應(yīng)來提高石墨烯在水中的分散性(如 文獻(xiàn)1所述)，同時(shí)利用小分子在石墨烯之間的插層來降低石墨烯之間的堆 疊現(xiàn)象發(fā)生。

提到石墨烯另一商業(yè)化用途，就是將其與復(fù)合材料復(fù)合制備涂料用于金 屬防腐。這是由于石墨烯具有獨(dú)特的二維蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)、較大比表面積及 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而將其與水性樹脂體系復(fù)合后，能夠形成 有效的物理阻隔層，有效的阻止水蒸氣、腐蝕性介質(zhì)滲透。目前，涂料在使 用過程中采用最多的技術(shù)其一就是直接將石墨烯加入至樹脂體系中，但存在 石墨烯分散性差等技術(shù)問題；其二，就是在涂料體系中加入一些功能化石墨 烯，但通常會存在加入的石墨烯與體系兼容性差或者存在上述所述的功能化 石墨烯制備工藝繁瑣，生產(chǎn)成本增加；更重要的是有些功能化石墨烯表面會 存在大量的無法修復(fù)的缺陷，從而降低了石墨烯加入至涂料中作為防腐蝕涂 層的物理阻隔效果，也對其應(yīng)用范圍產(chǎn)生大量限制。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高效防腐用超大尺寸石墨烯水 性漿料及其制備方法，解決了石墨烯加入至涂料中作為防腐蝕涂層的物理阻 隔效果高，其應(yīng)用范圍產(chǎn)生受到大量限制的問題。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種高效防腐用 超大尺寸石墨烯水性漿料，采用還原劑原位還原超大尺寸氧化石墨烯，并在 石墨烯表面發(fā)生嵌段共聚，形成分子層面的可水分散修飾層，還原劑與超大 尺寸氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8～15):1，其中，還原劑為親水電活性聚合物 單體與憎水電活性聚合物單體的混合物，還原劑原位還原超大尺寸氧化石墨 烯是在混合溶液中進(jìn)行，混合溶液包括去離子水和有機(jī)溶劑，且去離子水與 有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1：(0.25～3)，超大尺寸氧化石墨烯質(zhì)量濃度為 0.05-5mg/ml，超大尺寸氧化石墨烯的厚度為0.34nm～1nm，片徑20～100μm。

優(yōu)選的，優(yōu)選還原劑與超大尺寸氧化石墨烯的質(zhì)量比為(10～12)：1， 去離子水與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1：(1～2)，超大尺寸氧化石墨烯質(zhì)量濃度 優(yōu)選1-2mg/ml。