[發明專利]一種可用于鐵質炊具的石墨烯改性水性不粘涂料的制備方法

有效

• 申請號: 201911390079.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111100512B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉海龍;錢濤
• 申請（專利權）人: 杭州吉華高分子材料股份有限公司;錢濤
• 主分類號: C09D127/18
• 分類號: C09D127/18;C09D127/12;C09D5/10;C09D5/14;C09D7/62
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體;何俊

本發明涉及高分子材料領域，公開了一種可用于鐵質炊具的石墨烯改性水性不粘涂料的制備方法，包括：1）將多層石墨烯制備為石墨烯漿體；2）將石墨烯漿體與鋅鹽層間共混，還原升溫反應，加入正硅酸四乙酯，反應過濾，得到無機陶瓷網絡原位改性的含鋅石墨烯；3）將含氟乳液和正硅酸四乙酯預混合，再加入無機陶瓷網絡原位改性的含鋅石墨烯反應，加入黏結樹脂、耐高溫顏填料、助劑和水，得到成品。本發明所得石墨烯改性水性不粘涂料成膜后與涂覆基質附著力好，可用于鐵質炊具，具有防聚熱、防腐蝕、抗菌性佳、耐用性好、不粘性強等優點，且一旦產生原電池電化學腐蝕，單質鋅可作為犧牲極，延緩基材的腐蝕，同時含鋅涂層具有一定的抗菌性。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，尤其涉及一種可用于鐵質炊具的石墨烯改性水性不粘涂料的制備方法。

背景技術

現有的水性不粘涂料在鋁制炊具上的應用較為成熟，但用于鐵質炊具時，仍難以解決鐵制炊具易于生銹的固有問題，因而使用受到了限制。這是由于鐵質炊具在烹飪過程中會頻繁接觸到酸、堿、鹽、水和氧氣等介質，形成了復雜的腐蝕環境，當腐蝕介質中的水分和氧氣或其它離子經過擴散浸入涂層，并到達鐵質金屬基底的表面時，就有可能與鐵質金屬發生電化學反應，造成腐蝕。并且，隨著腐蝕反應的進行，涂層與鐵質基體之間的結合力會慢慢變弱，從而導致涂層脫落，失去對鐵質基底的保護力。因此，涂層的防護能力更多的是取決于其自身對腐蝕介質的抗滲透和阻擋能力。提升不粘涂料應用于鐵質炊具上的防腐性能也成為了迫切的需要。

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂巢狀晶格結構。在單層石墨烯中，每個碳原子通過sp²雜化與周圍碳原子成鍵，構成正六邊形。正是由于石墨烯的特殊結構，使得其具有高的熱穩定性、化學穩定性以及優異的抗滲透性，可以有效地阻隔水和氧氣等氣體原子的通過，加入到涂層中可以起到較好的物理屏障作用。

研究發現石墨烯的防腐作用是由其超薄的片層結構形成的屏蔽、疏水、導電等多種機理實現的。但納米級的石墨烯與涂料樹脂相容性不佳，易團聚，且難以充分和穩定分散，團聚的石墨烯無法發揮其應有的性能。此外，市售的石墨烯很難達到單層或寡層(2-4層)，一般都會達到10-50層，雖然其每一層層內仍能保持二維結構石墨烯的特性，但具有π-π相互作用的石墨烯片層之間既極易發生團聚，片狀比表面積急劇減小，對于基材的阻隔保護性能顯著降低，同時石墨烯層內的電化學性未受到影響，反而會加速金屬的電化學腐蝕。多層石墨烯容易受到損傷，產生結構上的缺陷，從電化學電位角度來看，損傷的石墨烯在金屬腐蝕過程中充當正極(C元素)，會加速局部的電化學腐蝕，特別是當該涂層出現輕微裂紋或劃痕，暴露區域的腐蝕速率大大加快，并降低金屬的強度和韌性等性能。所以，要使石墨烯在涂料中充分發揮其防腐性能，必須首先解決其在樹脂中的分散難題和保持石墨烯結構的穩定性。

對石墨烯進行表面化學改性可改善其與樹脂體系的相容性及分散性，常用的改性材料主要有偶聯劑和納米無機填料兩種。但該方法只能對石墨烯表面進行包覆改性，進而克服石墨烯片間的π-π相互作用，降低其聚集效應，而由于單層石墨烯制備難度極大，市售的仍以多層石墨烯為主，即使經過預分散的處理可以打破團聚，也不會分散為單層或寡層，無法有效實現石墨烯的防腐作用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可用于鐵質炊具的石墨烯改性水性不粘涂料的制備方法，本發明先對多層石墨烯進行處理，使其片層內充填單質鋅，然后采用正硅酸四乙酯反應對其進行原位包覆改性，形成具有無機陶瓷網絡的含鋅石墨烯。在得到無機陶瓷網絡后再與正硅酸四乙酯和含氟乳液混合反應，形成有機-無機的互穿網絡結構，使得含鋅石墨烯被鎖定在該網絡結構的孔隙中，制備得到的石墨烯改性水性不粘涂層中石墨烯結構不會被破壞，且一旦產生原電池電化學腐蝕，單質鋅可作為犧牲極，延緩基材的腐蝕，同時含鋅涂層具有一定的抗菌性。

本發明的具體技術方案為：

一種可用于鐵質炊具的石墨烯改性水性不粘涂料的制備方法，包括以下步驟：