[發明專利]一種基于氧化石墨烯接枝的復合型防銹顏料及其在防腐涂料中的應用

有效

• 申請號: 202010564565.8
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111704821B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 史洪微;劉福春;韓恩厚
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C09D5/08
• 分類號: C09D5/08;C09D163/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及防銹顏料及防腐涂料領域，具體為一種基于氧化石墨烯接枝的復合型防銹顏料及其在防腐涂料中的應用。氧化石墨烯作為一種屏障型二維、片狀納米材料，其高的表面能使其應用在涂料中容易團聚。本發明以氧化石墨烯的水分散液為原料，通過硅烷為接枝中間體，成功地將有機酸緩蝕劑接枝到氧化石墨烯上，獲得了一種新型防銹顏料。利用接枝后產生的Si?O?C化學鍵的不穩定性，接枝后的產物容易發生水解反應而釋放掉硅烷?有機酸緩蝕劑部分，后者可以對鋼具有明顯的緩蝕作用。將接枝后的產物干燥，獲得防銹顏料產品。此新型防銹顏料兼具氧化石墨烯的屏蔽作用和有機酸緩蝕劑的防銹作用。以0.1～0.5wt.％的比例加入到環氧涂料中，可用于鋼基材的腐蝕防護。

技術領域

本發明涉及利用石墨烯改性制備新型顏料的制備技術和涂料技術，具體為一種基于氧化石墨烯接枝的復合型防銹顏料及其在防腐涂料中的應用。

背景技術

有機涂層被廣泛用于防護鋼結構，為鋼結構提供屏障保護，延長鋼結構使用壽命。在有機涂料中，需要添加填料、防銹顏料等具有屏障能力的物質，實現有機涂層的屏障效應，同時防銹顏料還能為鋼基材提供緩蝕效應，在腐蝕介質在涂層中完全滲透的情況下為鋼基材提供鈍化保護。

石墨烯作為一種由碳原子構成的新型片狀二維材料，具有許多優異的光學、電學和機械性能，在電子、化工、生物醫藥和能源等領域的應用前景廣闊。利用石墨烯的高比表面積、高導電性、高化學穩定性、高熱穩定性、良好的屏蔽性能和突出的力學性能。近年來，石墨烯涂料也已經成為石墨烯的重要應用研究領域。石墨烯已經被證明可以在導電涂料、防腐涂料、阻燃涂料等涂料體系中大幅提高涂料的綜合性能。目前，石墨烯應用于防腐涂料中的方式大多是將石墨烯作為功能性填料進行添加。由于石墨烯的高表面活性，石墨烯極容易產生自身團聚。如果不經處理直接添加到涂料中，反而會造成涂層機械性能、防腐性能下降。由此帶來的一個關鍵問題是如何解決石墨烯的分散穩定性難題，在實踐中通常要制備石墨烯的分散液來解決這個難題。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化衍生物，氧化石墨烯表面具有豐富的官能團(羥基、羧基、環氧基)，含氧基團的存在為氧化石墨烯的表面改性提供了有效的途徑。改性之后的氧化石墨烯能提高其在涂料中的分散性能和兼容性能，從而更有利于提高其為涂層提供的屏蔽性能。氧化石墨烯上豐富的官能團為接枝其他有機或無機材料，制備基于氧化石墨烯的復合型材料提供了可能。例如，Pourhashem等就以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)兩種硅烷為原料成功對氧化石墨烯進行了接枝包覆。研究發現，改性后的氧化石墨烯分散性得到了極大的提高。另外，氧化石墨烯也可作為緩蝕劑載體使用。例如，Bahar Nikpour等研究了蕁麻葉汁在氧化石墨烯納米薄片(GONs)上的吸附行為。

實驗結果表明，在酸溶液的pH為2時，蕁麻葉汁在氧化石墨烯薄片上的吸附得到了提高，可增強其在氯化鈉溶液中對碳鋼的腐蝕抑制作用。然而，Bahar Nikpour利用的是氧化石墨烯的吸附作用，有機緩蝕劑蕁麻葉汁并沒有合氧化石墨烯形成鍵合作用。如果能夠將有機緩蝕劑接枝到氧化石墨烯上，有機緩蝕劑能夠通過水解反應釋放，有望獲得一種兼具屏障和緩蝕雙重作用的復合型防銹顏料，且因為接枝其他分子，這種復合型防銹顏料將比普通的氧化石墨烯具有更好的分散性。這種復合型防銹顏料添加于涂料中，可望對鋼基材提供優秀的腐蝕防護能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯接枝的復合型防銹顏料及其在防腐涂料中的應用，實現復合型防銹顏料在涂層中的“屏蔽”和“鈍化”兩種功能。所要解決的問題是利用氧化石墨烯表面的官能團，接枝對鋼有緩蝕作用的有機分子，制備復合型防銹顏料。將復合型防銹顏料添加到涂料中，形成基于接枝改性氧化石墨烯防銹顏料的涂料。

本發明的技術方案是：

一種基于氧化石墨烯接枝的復合型防銹顏料，該顏料為經過化學接枝改性后的氧化石墨烯，按重量份數計，氧化石墨烯30～60份，硅烷5～30份，有機酸緩蝕劑20～60份。