[發(fā)明專利]三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料及其制備方法

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• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113637389A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 鄭玉嬰;張杰
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D5/08;C09D7/62
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料及其制備方法。以液相剝落的結(jié)構(gòu)完整的石墨烯為基體，通過多巴胺在石墨烯表面自組裝，獲得聚多巴胺包裹的絕緣石墨烯，再以該絕緣石墨烯作為新平臺以生長納米四氧化三錳，獲得以石墨烯為核層，絕緣聚多巴胺為中層，納米四氧化三錳為外層的三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯。將該功能化的石墨烯摻入水性環(huán)氧樹脂涂料中，由于聚多巴胺的絕緣包裹，有效抑制了石墨烯的腐蝕促進活性。并且聚多巴胺與水性環(huán)氧樹脂的交聯(lián)作用使得功能化石墨烯均勻穩(wěn)定地分散在水性環(huán)氧樹脂中，通過功能化石墨烯的優(yōu)異阻隔作用和納米四氧化三錳的腐蝕抑制作用的協(xié)同效應，顯著增強了水性環(huán)氧樹脂涂料的防腐性能。

技術領域

本發(fā)明屬于水性涂料技術領域，具體涉及一種三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料，其防腐性能得到顯著提高。

背景技術

由于溶劑型涂料在干燥固化過程中會揮發(fā)大量有機溶劑，這將會對環(huán)境和人體造成較大污染和危害。為了降低涂料的VOC，水性涂料得到了大范圍的推廣。雖然水性涂料以其環(huán)保，低污染，施工方便，價格低廉等優(yōu)勢迅速取代了大部分溶劑型涂料而在各行各業(yè)中得到廣泛應用。但是如疏水性不佳，漆膜硬度不高，干燥過程中留下大量縮孔等固有的缺點也暴露出水性涂料在防腐領域中應用的弊端。近些年，石墨烯由于其超大的比表面積，優(yōu)異的阻隔性能，穩(wěn)定的化學惰性等成為防腐涂料的理想填料。為了改善水性涂料的這些缺陷，將石墨烯摻入水性涂料中，以提升水性復合涂料的各項理化性質(zhì)已成為當下研究的熱點。然而，石墨烯的表面張力較低，在水中的分散性較差。并且高導電性的石墨烯具有顯著的腐蝕促進活性，當涂層受損或長期處于腐蝕性環(huán)境中可能由于電偶腐蝕而造成金屬的腐蝕加速。此外，石墨烯防腐功能單一，僅僅具有被動的阻隔作用，無法為涂層提供主動的腐蝕抑制作用。

近些年，大量的研究人員將注意力集中于石墨烯的分散問題中，而忽略的石墨烯的腐蝕促進活性，并且更少的關注具有腐蝕抑制作用的功能化的石墨烯的研究。

因此，提供一種易于在水中分散的，且能有效抑制石墨烯的腐蝕促進活性的，并且具有阻隔作用和腐蝕抑制作用雙重防腐功效的功能化石墨烯的制備方法，并將其應用于水性涂料中以改善復合涂料的機械性能與防腐性能，是本領域研究人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有水性環(huán)氧樹脂涂料疏水性較差，漆膜硬度較低，防腐性能不佳等缺點進行改進，提供了一種三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料的制備方法，利用液相剝落的結(jié)構(gòu)完整的石墨烯為基體，通過多巴胺在石墨烯表面自組裝，獲得聚多巴胺包裹的絕緣石墨烯，再以該絕緣石墨烯作為新平臺以生長納米四氧化三錳，獲得了以石墨烯為核層，絕緣聚多巴胺為中層，納米四氧化三錳為外層的三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯。通過聚多巴胺的絕緣包裹，促進功能化石墨烯在水性環(huán)氧樹脂涂料中的均勻分散，并通過隔絕石墨烯-石墨烯和石墨烯-金屬基底之間的電連接以抑制石墨烯的腐蝕促進活性。利用石墨烯的阻隔作用和納米四氧化三錳的腐蝕抑制作用的協(xié)同效應，顯著增大復合涂料的防腐性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料的制備方法，以液相剝落的結(jié)構(gòu)完整的石墨烯為基體，通過多巴胺在石墨烯表面自組裝，獲得聚多巴胺包裹的絕緣石墨烯，再以該絕緣石墨烯作為新平臺以生長納米四氧化三錳，獲得了以石墨烯為核層，絕緣聚多巴胺為中層，納米四氧化三錳為外層的三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯。將該功能化石墨烯摻入水性環(huán)氧樹脂涂料中，通過聚多巴胺與水性環(huán)氧樹脂的交聯(lián)作用，使石墨烯均勻穩(wěn)定地分散在水性環(huán)氧樹脂涂料中，得到了三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料。

所述的三明治結(jié)構(gòu)的功能化石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復合涂料的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟S1液相剝落石墨烯的制備：