一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層及其制備方法，涉及金屬表面處理技術領域。本發明專利技術先用氧化石墨烯與3?氨丙基三乙氧基硅烷和氯乙酸反應制得改性石墨烯，然后用羧基化介孔二氧化硅與四鈦酸鉀和聚吡咯制得改性二氧化硅，最后將改性石墨烯與改性二氧化硅混合，并加入丙烯酸乳液、成膜助劑和水，制得耐腐蝕涂料，將耐腐蝕涂料涂覆于預處理金屬基體表面，待干燥后，得基于石墨烯的耐腐蝕涂層。本發明專利技術制備的基于石墨烯的耐腐蝕涂層具有優異的耐腐蝕性能，且涂層牢度較好。

A corrosion-resistant coating based on graphene and its preparation method

【技術實現步驟摘要】
一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層及其制備方法
本專利技術涉及金屬表面處理
，具體是一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層及其制備方法。
技術介紹
金屬腐蝕給人類帶來了巨大的經濟損失和社會危害，隨著工業和科技的發展，金屬防腐的重要性日益凸顯，其中涂層技術最為方便和經濟，因此在國民經濟建設中發揮著越來越重要的作用。傳統的防腐涂層往往采用溶劑型涂料，含有大量的揮發性有機物，而且有相當一部分涂層含有錫、鉛或鉻等有毒物質，給環境帶來嚴重的污染并危害人類的健康。因此，開發水性耐腐蝕涂層材料成為金屬防護領域研究者努力追求的目標，具有深遠的戰略意義和廣闊的應用前景。石墨烯作為一種由碳原子以sp雜化軌道構成的單層片狀二維納米材料，具有優異的力學性能、透明度、柔韌性、疏水性和化學穩定性，以及出色的熱傳導率和電子遷移率，其片狀結構可以有效地阻隔氧氣、水、離子和電子的通過，非常適合做涂層材料，尤其是海洋和鹽堿等惡劣環境下的金屬防護。然而，將石墨烯直接固定到金屬基材表面非常困難，并且石墨烯無論在水中還是有機溶劑中都很難穩定分散，另外，石墨烯與其它材料的相容性差，容易發生層疊。因此，有必要對石墨烯進行改性以提高其在水或有機溶劑中的分散性以及與其它材料的相容性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層及其制備方法，以解決現有技術中的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，主要包括以下重量份數的原料組分：12~20份改性石墨烯，30~60份水性丙烯酸乳液，2~3份成膜助劑和20~30份水。一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述基于石墨烯的耐腐蝕涂層還包括以下重量份數的原料組分：10~15份改性二氧化硅。作為優化，所述水性丙烯酸乳液的固含量為45~55%，所述成膜助劑為十二醇酯與1，2-丙二醇按質量比1：1混合后的混合物。作為優化，所述改性石墨烯由氧化石墨烯經3-氨丙基三乙氧基硅烷和氯乙酸處理后所得。作為優化，所述改性二氧化硅由羧基化介孔二氧化硅、四鈦酸鉀和聚吡咯制成。作為優化，所述基于石墨烯的耐腐蝕涂層主要包括以下重量份數的原料組分：20份改性石墨烯，60份水性丙烯酸乳液，3份成膜助劑，20份水和15份改性二氧化硅。作為優化，一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層的制備方法，主要包括以下制備步驟：（1）將氧化石墨烯與3-氨丙基三乙氧基硅烷混合后，再與氯乙酸反應，制得改性石墨烯；（2）將二氧化鈦與碳酸鉀混合研磨，煅燒，洗滌，干燥，得四鈦酸鉀，將四鈦酸鉀與正硅酸乙混合，并加入致孔劑，于堿性條件下攪拌反應后，煅燒，得改性二氧化硅；（3）步驟（1）所得改性石墨烯與步驟（2）所得改性二氧化硅混合，并加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐的混合分散液，攪拌反應后，過濾，得混合料，將混合料與吡咯乙醇溶液混合，過濾，再與三氯化鐵的鹽酸溶液混合，過濾，洗滌，干燥，得坯料；（4）將步驟（3）所得坯料與水性丙烯酸乳液混合；并加入水和成膜助劑，攪拌混合，得石墨烯耐腐蝕涂料；（5）將步驟（4）所得石墨烯耐腐蝕涂料涂抹于金屬基底表面，干燥后，得基于石墨烯的耐腐蝕涂層；（6）對步驟（5）所得基于石墨烯的耐腐蝕涂層進行指標分析。作為優化，一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層的制備方法，主要包括以下制備步驟：（1）將氧化石墨烯與水按質量比1：100~1:120混合，超聲分散，得氧化石墨烯分散液，將氧化石墨烯分散液與3-氨丙基三乙氧基硅烷按質量比50:1~60:1混合于燒杯中，攪拌發反應后，再向燒杯中加入氧化石墨烯分散液渣料0.1~0.2倍的氯乙酸，攪拌反應后，過濾，干燥；（2）將二氧化鈦與碳酸鉀按摩爾比4:1.2混合，研磨，得混合粉末，將混合粉末于溫度為800℃的條件下煅燒24h后，得預處理四鈦酸鉀，將預處理四鈦酸鉀用質量分數為12%的鹽酸洗滌2次后，再用去離子水洗滌3次，并將洗滌后的預處理四鈦酸鉀于溫度為80℃的條件下干燥3h，得四鈦酸鉀，將四鈦酸鉀與正硅酸乙酯按質量比1:3混合于燒瓶中，并向燒瓶中加入四鈦酸鉀質量30倍的水和四鈦酸鉀質量1~2倍的十六烷基三甲基溴化銨，調節燒瓶內物料的pH至10~11，攪拌反應后，過濾，得改性二氧化硅坯料，將改性二氧化硅坯料于溫度為500℃的條件下煅燒5h后，出料；（3）將步驟（1）所得物質與步驟（2）所得物質按質量比2:1~3：1混合于三口燒瓶中，并向三口燒瓶中加入步驟（1）所得物質質量4~5倍的水和步驟（1）所得物質質量8~10倍的3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐的混合分散液，攪拌反應后，過濾，得混合料，將混合料與質量分數為20%的吡咯乙醇溶液按質量比1:20混合，攪拌混合后，過濾，得濾餅，將濾餅與三氯化鐵的鹽酸溶液按質量比1:15混合，攪拌反應后，過濾，得預處理坯料，將預處理坯料于溫度為80℃的條件下干燥2h；（4）將步驟（3）所得物質與丙烯酸乳液按質量比1:2混合于攪拌機中，并向攪拌機中加入步驟（3）所得物質質量0.01倍的成膜助劑和步驟（3）所得物質質量0.8倍的水，攪拌混合；（5）將步驟（4）所得物質以50μm的涂抹厚度涂抹于預處理金屬基底表面，并于溫度為60℃的條件下干燥12~36h，得基于石墨烯的耐腐蝕涂層；（6）對步驟（5）所得得基于石墨烯的耐腐蝕涂層進行指標分析。作為優化，步驟（3）所述3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐的混合分散液的制備方法為將3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐按質量比1:2混合，并加入3-氨丙基三乙氧基硅烷質量12~18倍的二甲基亞砜，攪拌混合，得3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐的混合分散液。作為優化，步驟（3）所述三氯化鐵的鹽酸溶液為將三氯化鐵與質量分數為12%的鹽酸按質量比1:50混合，得三氯化鐵的鹽酸溶液。作為優化，步驟（5）所述預處理金屬基底為將金屬板分別用乙醇和丙酮各清洗3次，得預處理金屬基底，所述金屬板為鋼板或銅板中任意一種。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術在制備基于石墨烯的耐腐蝕涂層加入改性石墨烯和改性二氧化硅，首先，石墨烯在經過改性后，石墨烯表面帶有羧基基團，在石墨烯加入產品中后可均勻分布于產品之中，從而使產品的耐腐蝕性能提高，并且，在石墨烯改性過后石墨烯表面可提高3-氨丙基三乙氧基硅烷與改性二氧化硅連接，從而提高涂層的致密度，進一步提高產品的耐腐蝕性能；其次，二氧化硅在經過改性后，二氧化硅可吸附于四鈦酸鉀表面，在與改性石墨烯在3-氨丙基三乙氧基硅烷的作用下連接后，可形成疊層的防腐層，從而提高涂層的密度，進一步提高產品的耐腐蝕性能，再者改性二氧化硅中二氧化硅含有介孔結構，在改性處理后，可在改性二氧化硅的介孔內部吸附聚吡咯，從而進一步提高產品的耐腐蝕性能。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。為了更清楚的說明本專利技術提供的方法通過以下實施例進行詳細說明，在以下實施例中制作的基于石墨烯的耐腐蝕涂層的各指標測試方法如下：耐酸腐蝕性：將各實施例所得基于石墨烯的耐腐蝕涂層與對比例產品置于10%的硫酸中，浸泡200h后本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，主要包括以下重量份數的原料組分：12~20份改性石墨烯，30~60份水性丙烯酸乳液，2~3份成膜助劑和20~30份水。

【技術特征摘要】
1.一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，主要包括以下重量份數的原料組分：12~20份改性石墨烯，30~60份水性丙烯酸乳液，2~3份成膜助劑和20~30份水。2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述基于石墨烯的耐腐蝕涂層還包括以下重量份數的原料組分：10~15份改性二氧化硅。3.根據權利要求2所述的一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液的固含量為45~55%，所述成膜助劑為十二醇酯與1，2-丙二醇按質量比1：1混合后的混合物。4.根據權利要求3所述的一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述改性石墨烯由氧化石墨烯經3-氨丙基三乙氧基硅烷和氯乙酸處理后所得；所述改性二氧化硅由羧基化介孔二氧化硅、四鈦酸鉀和聚吡咯制成。5.根據權利要求4所述的所述的一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層，其特征在于，所述基于石墨烯的耐腐蝕涂層主要包括以下重量份數的原料組分：20份改性石墨烯，60份水性丙烯酸乳液，3份成膜助劑，20份水和15份改性二氧化硅。6.一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于，主要包括以下制備步驟：（1）將氧化石墨烯與3-氨丙基三乙氧基硅烷混合后，再與氯乙酸反應，制得改性石墨烯；（2）將二氧化鈦與碳酸鉀混合研磨，煅燒，洗滌，干燥，得四鈦酸鉀，將四鈦酸鉀與正硅酸乙混合，并加入致孔劑，于堿性條件下攪拌反應后，煅燒，得改性二氧化硅；（3）步驟（1）所得改性石墨烯與步驟（2）所得改性二氧化硅混合，并加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐的混合分散液，攪拌反應后，過濾，得混合料，將混合料與吡咯乙醇溶液混合，過濾，再與三氯化鐵的鹽酸溶液混合，過濾，洗滌，干燥，得坯料；（4）將步驟（3）所得坯料與水性丙烯酸乳液混合；并加入水和成膜助劑，攪拌混合，得石墨烯耐腐蝕涂料；（5）將步驟（4）所得石墨烯耐腐蝕涂料涂抹于預處理金屬基底表面，干燥后，得基于石墨烯的耐腐蝕涂層；（6）對步驟（5）所得基于石墨烯的耐腐蝕涂層進行指標分析。7.根據權利要求7所述的一種基于石墨烯的耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于，主要包括以下制備步驟：（1）將氧化石墨烯與水按質量比1：100~1:120混合，超聲分散，得氧化石墨烯分散液，將氧化石墨烯分散液與3-氨丙基三乙氧基硅烷按質量比50:1~60:1混合于燒杯中，攪拌發反應后，再向燒杯中加入氧化石墨烯分散液渣料0.1~0.2倍的氯乙酸，攪拌反應后，過濾，干燥；（2）將二氧化鈦與碳酸鉀按摩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣文彬，
申請(專利權)人：蔣文彬，
類型：發明
國別省市：江蘇,32