一种石墨烯环氧树脂涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子功能技术领域，具体领域为一种石墨烯环氧树脂涂料的制备方法。

背景技术

石墨烯具有很好的机械性能，能够提高涂层的机械性能，但是石墨烯容易发生自团聚，在基体中的分散性很差，导致涂层的性能很难提升。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯环氧树脂涂料的制备方法，该方法的操作简单安全而且成本低，将其应用于涂料涂层中，可以提高涂层的物理性能和机械性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯环氧树脂涂料的制备方法，其步骤为：

（1）石墨烯的表面改性：

（1.1）称取定量改性剂于烧杯中，加入溶剂溶解得到改性液；

（1.2）称取原料石墨烯于混料桶中，加入改性液，加入去离子水；

（1.3）然后进行搅拌和磨砂，磨砂一定时间后喷雾干燥得到改性石墨烯；

（2）石墨烯/环氧树脂涂层的制备：

（2.1）称取定量环氧树脂置于分散机内，并启动分散机在400-600rpm转速下转动搅拌；

（2.2）然后加入改性石墨烯，并在加料完成后提高分散机转速，并依次加入稀释剂、消泡剂、流平剂、分散剂；

（2.3）加入完成后持续搅拌15-25 min；然后通过砂磨使改性石墨烯在基体中均匀分散，得到组份A；

（2.4）用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B，称取定量组份B投入组份A，在800-1200 rpm转速下搅拌2-4min得到涂料；

（2.5）将涂料刷到基材上，将基材放到温度为23℃和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥6-8天，即可得到石墨烯/环氧树脂涂层。

优选的，步骤（1.1）中改性剂为（E）-环辛-2-烯-1-基（4-硝基苯基）碳酸酯、PEDOT、戊基三氯硼酸钾、NP-40、正丁基硫代磷酸三胺、氨基三亚甲基膦酸、抗氧剂350、3,3’-二硫代双（丙烷-1-醇）、亚甲基二磷酸四异丙酯中的一种或几种的混合液。

优选的，步骤（1.2）中改性液与去离子水的质量比为0.3/3~2.0/3，砂磨转速为800~1100 rpm。

优选的，步骤（2.3）中砂磨转速为1600~2100 rpm，时间为25~45 min。

优选的，步骤（2.5）中涂层的厚度为20μm~100μm。

优选的，步骤（2.2）中改性石墨烯的用量为0.3%~0.6%。

优选的，步骤（2.4）中组份B的稀释剂与固化剂质量比为0.5~0.9。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对石墨烯表面改性，可以降低石墨烯的表面能，减少石墨烯团聚现象；在石墨烯表面接枝能与基体结合的基团，能够提高改性石墨烯与环氧树脂的相容性，砂磨混合的方法能够大大提高涂料与填料间的混合程度，使石墨烯的优异性能能够更好的发挥。

通过砂磨方式，以改性剂为桥梁，可以提高石墨烯与水性丙烯酸树脂的相容性，增加石墨烯在基体中的分散，得到高耐水性石墨烯/环氧树脂涂层。

本发明所得到的涂层具有良好的物理性能和机械性能，具有较好的应用前景。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种石墨烯环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：其步骤为：

（1）石墨烯的表面改性：

（1.1）称取定量改性剂于烧杯中，加入溶剂溶解得到改性液；

（1.2）称取原料石墨烯于混料桶中，加入改性液，加入去离子水；

（1.3）然后进行搅拌和磨砂，磨砂一定时间后喷雾干燥得到改性石墨烯；

（2）石墨烯/环氧树脂涂层的制备：

（2.1）称取定量环氧树脂置于分散机内，并启动分散机在400-600rpm（具体为500rpm）转速下转动搅拌；

（2.2）然后加入改性石墨烯，并在加料完成后提高分散机转速，并依次加入稀释剂、消泡剂、流平剂、分散剂；

（2.3）加入完成后持续搅拌15-25 min（具体为20min）；然后通过砂磨使改性石墨烯在基体中均匀分散，得到组份A；

（2.4）用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B，称取定量组份B投入组份A，在800-1200 rpm（具体1000rpm）转速下搅拌2-4min（具体为3min）得到涂料；

（2.5）将涂料刷到基材上，将基材放到温度为23℃和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥6-8（具体为7天）天，即可得到石墨烯/环氧树脂涂层。

步骤（1.1）中改性剂为（E）-环辛-2-烯-1-基（4-硝基苯基）碳酸酯、PEDOT、戊基三氯硼酸钾、NP-40、正丁基硫代磷酸三胺、氨基三亚甲基膦酸、抗氧剂350、3,3’-二硫代双（丙烷-1-醇）、亚甲基二磷酸四异丙酯中的一种或几种的混合液。

步骤（1.2）中改性液与去离子水的质量比为0.3/3~2.0/3，砂磨转速为800~1100rpm。

步骤（2.3）中砂磨转速为1600~2100 rpm，时间为25~45 min。

步骤（2.5）中涂层的厚度为20μm~100μm。

步骤（2.2）中改性石墨烯的用量为0.3%~0.6%。

步骤（2.4）中组份B的稀释剂与固化剂质量比为0.5~0.9。

通过本技术方案，

实施例1

石墨烯的表面改性：称取1.5 g改性剂于烧杯中，加入300 g无水乙醇，搅拌溶解得到改性液。称取50 g原料石墨烯于混料桶中，加入配制好的改性液，加入3000 g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650 rpm。5 min后开启砂磨机，转速为1000 rpm，锆铢的质量为2.0kg，砂磨时间为15 min。将所得浆料喷雾干燥得到改性石墨烯，喷雾干燥参数为：进口温度170 °C，风速80 m

石墨烯/环氧树脂涂层的制备：先称取80 g环氧树脂（E42），在多用分散机500 rpm的转速下，往树脂中缓慢加入0.24 g改性石墨烯，加料完成后将转速提高至1000 rpm，依次加入8 g稀释剂、0.10 g消泡剂、0.10 g流平剂、0.10 g分散剂。加入完成后持续搅拌20min；然后在2000 rpm的转速下砂磨30 min，使石墨烯在基体中均匀分散，得到组份A。用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B，称取103.9 g组份B（稀释剂与酚醛胺固化剂比值为0.77），将所称取的组份B投入组份A中，在1000 rpm转速下搅拌3 min得到涂料。根据测试要求，用喷涂的方式将涂料涂刷到基材上，将基材放到温度为23 °C和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥7天，即可得到防腐涂层。

实施例2

石墨烯的表面改性：称取1.5 g改性剂于烧杯中，加入400 g无水乙醇，搅拌溶解得到改性液。称取50 g原料石墨烯于混料桶中，加入配制好的改性液，加入3000 g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650 rpm。5 min后开启砂磨机，转速为1000 rpm，锆铢的质量为2.0kg，砂磨时间为20 min。将所得浆料喷雾干燥得到改性石墨烯，喷雾干燥参数为：进口温度170 °C，风速80 m

石墨烯/环氧树脂涂层的制备：先称取80 g环氧树脂（E42），在多用分散机500 rpm的转速下，往树脂中缓慢加入0.32 g改性石墨烯，加料完成后将转速提高至1000 rpm，依次加入8 g稀释剂、0.10 g消泡剂、0.10 g流平剂、0.10 g分散剂。加入完成后持续搅拌20min；然后在1800 rpm的转速下砂磨35 min，使石墨烯在基体中均匀分散，得到组份A。用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B，称取103.9 g组份B（稀释剂与酚醛胺固化剂比值为0.77），将所称取的组份B投入组份A中，在1000 rpm转速下搅拌3 min得到涂料。根据测试要求，用喷涂的方式将涂料涂刷到基材上，将基材放到温度为23 °C和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥7天，即可得到防腐涂层。

对比组实施例a

先称取80 g环氧树脂（E42），在多用分散机500 rpm的转速下，往树脂中缓慢加入0.15 g原料石墨烯，加料完成后将转速提高至1000 rpm，依次加入8 g稀释剂、0.10 g消泡剂、0.10 g流平剂、0.10 g分散剂。加入完成后持续搅拌20 min，使石墨烯在基体中均匀分散，得到组份A。用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B，称取103.9 g组份B（稀释剂与酚醛胺固化剂比值为0.77），将所称取的组份B投入组份A中，在1000 rpm转速下搅拌3 min得到涂料。用喷涂的方式将涂料涂到基材上，将基材放到温度为23 °C和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥，即可得到石墨烯/环氧树脂涂层。

对比组实施例b

先称取80 g环氧树脂（E42），在多用分散机500 rpm的转速下，依次加入8 g稀释剂、0.10 g消泡剂、0.10 g流平剂、0.10 g分散剂。加入完成后持续搅拌20 min，得到组份A。用稀释剂将固化剂酚醛胺稀释得到组份B（稀释剂与酚醛胺固化剂比值为0.77），称取103.9g组份B，将所称取的组份B投入组份A中，在1000 rpm转速下搅拌3 min得到涂料。用喷涂的方式将涂料涂到基材上，将基材放到温度为23 °C和相对湿度为50%的恒温恒湿室内干燥，即可得到石墨烯/环氧树脂涂层。

通过实施例1、实施例2以及对比组实施例a和对比组实施例b的实验测试得到下述表1-3中的对比数据：

表1. 中性盐雾时间数据

表2. 涂层吸水率数据

表3.涂层耐磨性能数据

通过砂磨方式，以改性剂为桥梁，可以提高石墨烯与水性丙烯酸树脂的相容性，增加石墨烯在基体中的分散，得到高耐水性石墨烯/环氧树脂涂层。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。