[發明專利]一種石墨烯改性自愈合微膠囊涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202010816416.6
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111995926A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張玉蘋;馬博文;李冬冬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D5/08;C09D7/65;C09D7/61
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種石墨烯改性自愈合微膠囊涂層及其制備方法，屬于環氧樹脂復合涂層技術領域。包括微膠囊的制備、金屬鹽化合物與咪唑類化合物絡合產物?潛伏固化劑的制備、氧化石墨烯的分散、石墨烯改性自愈合微膠囊涂層的制備等四個步驟。本發明通過石墨烯的二維層狀結構負載微膠囊和潛伏固化劑，使涂層具有高的拉伸強度和高修復效率。通過該方法制備的石墨烯改性自愈合微膠囊涂層各組分分散均勻，且涂層粘合力大，不易脫落。該微膠囊涂層具有良好的力學性能、較高的修復后力學性能恢復率，從而實現環氧樹脂復合涂層在提高力學強度等方面的應用。

技術領域

本發明屬于環氧樹脂復合涂層技術領域，具體涉及一種石墨烯改性自愈合微膠囊涂層及其制備方法，該微膠囊涂層具有良好的力學性能、較高的修復后力學性能恢復率，從而實現環氧樹脂復合涂層在提高力學強度等方面的應用。

背景技術

涂層在使用過程中易受到劃痕、創口等傷害而造成涂層的力學性能降低，從而降低涂層使用壽命。自修復材料作為一種新型的智能材料的出現，很大程度上延長了涂層的使用壽命。涂層的自修復一般分為三類：一是涂層本身不借助外界條件，利用涂層內分子之間的作用力，如氫鍵、范德瓦爾斯力等進行修復；二是在涂層中鋪構微血管網路，當發生損傷時，微血管中的修復劑溢出來達到修復的目的；三是在涂層中分布微膠囊，當微膠囊受到外力的作用而破碎時，微膠囊包覆的修復劑流出達到修復的效果。

微膠囊自愈合環氧樹脂涂層是一類以環氧樹脂為基體，摻入功能化微膠囊來達到改性目的的一種涂層，而且具有優異的斷裂韌性和修復效率。目前，微膠囊自愈合環氧樹脂涂層已經在金屬表面防腐、混凝土表面防護等領域展現了良好的應用。蔡杰(CN111269607A)以金屬-有機骨架材料吸附碘/異氰酸酯衍生物為芯材，以脲醛樹脂為囊壁制備自愈合微膠囊。胥維昌等人(CN107312140B)發明了以羥基或多氨基化合物與異氰酸酯的反應物為芯材，雙層壁材的內壁為聚氨酯，雙層壁材的外壁為三聚氰胺甲醛樹脂，納米粒子和金屬緩蝕劑為緩蝕材料的自愈合微膠囊。盡管微膠囊自愈合環氧樹脂涂層方面已經取得了一定的進展，然而由于微膠囊的加入破壞了環氧樹脂基體的連續性，使其力學強度降低，因而制備一類具有更高的力學強度的微膠囊自愈合環氧樹脂涂層顯得尤為重要。

新一代微膠囊自修復環氧樹脂涂層是一類具有高斷裂韌性和拉伸強度的新型復合材料。目前，還少有利用石墨烯構架基體以提高力學強度的報道。

發明內容

本發明的目的是針對現有體系的缺陷，提供一種石墨烯改性自愈合微膠囊涂層。通過石墨烯的二維層狀結構負載微膠囊和潛伏固化劑，使涂層具有高的拉伸強度和高修復效率。通過該方法制備的石墨烯改性自愈合微膠囊涂層各組分分散均勻，且涂層粘合力大，不易脫落。

該方法適用于在各類基底表面進行涂覆，通過該涂層對基底進行保護，并利用涂層的自修復性能延長涂層的使用壽命，使制備的涂層在金屬表面防腐、建筑表面防護的方面發揮良好的作用。

本發明所述的石墨烯改性自愈合微膠囊涂層的制備方法，其步驟如下：

(1)微膠囊的制備：將1.00～6.30g三聚氰胺、1.8～9.00g尿素、2.70～13.48g甲醛溶液混合，用三乙醇胺調節反應體系pH為8～9，在60～80℃下攪拌0.5～2h，得到三聚氰胺-尿素-甲醛混合溶液；將1.00～3.00g吐溫-80、1.00～4.00g三聚氰酸三縮水甘油環氧樹脂、0.20～0.50mL正丁醇混合，在70～80℃下攪拌1.5～2.5h，待其冷卻到室溫后加入三聚氰胺-尿素-甲醛混合溶液和2.00～3.00g間苯二酚，用0.1mol/L稀鹽酸調節pH為3～4，在70～80℃下均勻攪拌2～3h，反應結束后冷卻到室溫，將產物分別用丙酮、無水乙醇、去離子水抽濾2～3次，得到微膠囊；