本發(fā)明屬于防腐涂層制備領(lǐng)域，涉及一種類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法。

背景技術(shù)：

1、金屬腐蝕是影響社會(huì)發(fā)展的主要障礙之一，在世界范圍內(nèi)造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)損失。在各種防腐蝕方法中，金屬表面涂層是最有效、應(yīng)用最廣泛的方法。水性環(huán)氧涂料具有機(jī)械性能高、收縮率低、化學(xué)穩(wěn)定性好、與金屬表面附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，在涂料中備受青睞。然而，水性環(huán)氧體系中存在許多親水基團(tuán)和殘留表面活性劑，會(huì)加速腐蝕離子和水分子的滲透，從而削弱其阻隔性能。同時(shí)，固化過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙和微孔會(huì)進(jìn)一步降低其防滲性，阻礙其進(jìn)一步應(yīng)用。

2、石墨烯作為最薄二維碳納米材料，因其獨(dú)特的化學(xué)穩(wěn)定性、完美的抗?jié)B性和出色的機(jī)械性能，極有希望成為超高防腐材料的候選材料。然而，石墨烯納米片之間強(qiáng)大的范德華力和π-π相互作用是限制石墨烯在涂料中分散并趨于聚集的因素，因此人們一直在尋找提高其滲透性的方法。近年來(lái)，特別是?聚苯胺改性石墨烯因其合成簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境穩(wěn)定性好，其氧化還原可逆性可促進(jìn)金屬氧化物鈍化層的形成等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。蛭石是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的二維材料，被廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，并具有許多迷人的特性，如優(yōu)異的電絕緣性、化學(xué)惰性、溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，使其成為一種很有前景的防腐替代材料。其范德華力2:1型的蛭硅酸鹽插層帶強(qiáng)負(fù)電，可通過(guò)機(jī)械剝離和與陽(yáng)離子交換等剝離方法進(jìn)行剝離。上述特點(diǎn)使剝離蛭石成為增強(qiáng)與聚苯胺石墨烯復(fù)合物結(jié)合力的最佳候選材料，從而進(jìn)一步提高涂層的腐蝕防護(hù)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，以便克服上述不足，改善提升涂層性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

3、一種類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，所述方法包括以下步驟：

4、（s1）對(duì)蛭石固體進(jìn)行剝離：采用物理機(jī)械剝離的方式，將蛭石固體在水中充分浸泡，并用高速高分散乳化機(jī)進(jìn)行乳化剝離，并將乳化后的蛭石進(jìn)行離心收集后，冷凍干燥得到剝離蛭石；

5、（s2）將苯胺聚合在石墨烯表面采用溶液聚合的方式，將苯胺加入到鹽酸溶液中，充分混合溶解后與石墨烯分散液混合，再在攪拌的條件下緩慢加入過(guò)氧化氫后進(jìn)行聚合后將樣品抽濾洗滌，冷凍干燥收集得到聚苯胺石墨烯復(fù)合物；

6、（s3）將聚苯胺石墨烯聚合物與剝離蛭石粉末加入水中超聲分散成穩(wěn)定均勻的分散液；然后將該分散液與水性環(huán)氧樹脂乳液混合，在真空條件下除泡并繼續(xù)密封攪拌，接著加入水性環(huán)氧固化劑，并在真空環(huán)境中攪拌成環(huán)氧樹脂粘稠漿料；

7、（s4）采用涂覆的方式將制備好的漿料涂布在碳鋼表面，固化后得到復(fù)合涂層。

8、進(jìn)一步地，所述步驟（s1）中，蛭石固體的高速分散乳化的轉(zhuǎn)速為4500?rmp~9000rmp，乳化剝離時(shí)間為5?min~15?min；剝離蛭石離心收集的轉(zhuǎn)速為2000?rmp~4000?rmp。

9、進(jìn)一步地，所述步驟（s2）中，聚苯胺石墨烯復(fù)合物中的苯胺的加入量為200?mg-800?mg，苯胺和石墨烯的加入量比例為5:1~20:1，過(guò)氧化氫的加入量為0.13?ml~0.53?ml，苯胺石墨烯聚合溫度為10?℃-25?℃，聚合時(shí)間為24?h~48?h。

10、進(jìn)一步地，所述步驟（s3）中，聚苯胺石墨烯復(fù)合物與剝離蛭石超聲分散形成穩(wěn)定分散液，時(shí)間為1h-2h；復(fù)合材料與水性環(huán)氧樹脂乳液混合液混合后攪拌條件為在真空作用下10-20min，保持密封在真空容器內(nèi)攪拌時(shí)間為3h-5h；水性環(huán)氧固化劑與乳液混合后的攪拌條件為持續(xù)真空泵作用下攪拌時(shí)間30min~60min。

11、進(jìn)一步地，所述步驟（s4）中，復(fù)合涂層的涂覆厚度為30-35μm；復(fù)合涂層的固化方式為常溫時(shí)間為5-7天，高溫固化6~12h；高溫固化溫度為70~95?℃。

12、進(jìn)一步地，所述步驟（s4）中，水性環(huán)氧乳液與水性環(huán)氧固化劑的質(zhì)量比例保持為2:1；水性環(huán)氧涂料的固含量保持47%~53%，復(fù)合材料添加質(zhì)量以固含量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)；聚苯胺石墨烯復(fù)合材料添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025?wt%~0.3?wt%，剝離蛭石與聚苯胺石墨烯復(fù)合質(zhì)量添加比例為(0.025~0.3):1。

13、進(jìn)一步地，所述步驟（s4）中，剝離蛭石和聚苯胺石墨烯復(fù)合物均為尺寸均勻的片層結(jié)構(gòu)，尺寸大小均為300?nm~900?nm；剝離蛭石和聚苯胺石墨烯復(fù)合物片層插層吸附后的尺寸穩(wěn)定在300?nm~600?nm。

14、在本發(fā)明中，利用剝離蛭石作為增強(qiáng)劑，通過(guò)靜電吸附氫鍵等分子間作用力提高與聚苯胺石墨烯復(fù)合物夾層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證復(fù)合涂層的致密性和抗?jié)B性。同時(shí)，其在涂層中起到了明顯的緩蝕和鈍化作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)的抑制，進(jìn)一步提高了涂層的防腐效果。最后，以經(jīng)濟(jì)性高的剝離蛭石為標(biāo)準(zhǔn)，不斷減少石墨烯基復(fù)合材料的用量，達(dá)到優(yōu)異協(xié)同防腐效果，實(shí)現(xiàn)低含量石墨烯基防腐涂料的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展的要求。

15、該發(fā)明的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

16、（1）聚苯胺石墨烯復(fù)合物與剝離蛭石通過(guò)靜電吸附氫鍵和基團(tuán)之間等分子間作用力增強(qiáng)的界面結(jié)合力形成穩(wěn)定的具有“骨肉效果”的類三明治結(jié)構(gòu)，剝離蛭石是堅(jiān)硬的“骨頭”，聚苯胺石墨烯復(fù)合物是柔軟的“肉”，保證了在涂層中優(yōu)異的穩(wěn)定性、相容性和分散性。

17、（2）復(fù)合材料增加了與環(huán)氧網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度，使涂層具有出色的致密性和抗?jié)B性，從而實(shí)現(xiàn)了持久的阻隔性能。在長(zhǎng)時(shí)間鹽溶液浸泡后，電化學(xué)阻抗中阻抗模值仍具有數(shù)量級(jí)的提高。

18、（3）聚苯胺石墨烯復(fù)合物與剝離蛭石的復(fù)合物還產(chǎn)生了緩蝕和鈍化效果，產(chǎn)生的鈍化保護(hù)膜進(jìn)一步提高了涂層的防腐蝕性能。

19、（4）聚苯胺石墨烯復(fù)合物的添加比例遠(yuǎn)少于剝離蛭石，滿足低含量石墨烯防腐涂料的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展的要求。復(fù)合涂層使用溶劑均為水，無(wú)有機(jī)溶劑，具有環(huán)保綠色的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s1）中，蛭石固體的高速分散乳化的轉(zhuǎn)速為4500?rmp~9000?rmp，乳化剝離時(shí)間為5?min~15?min；剝離蛭石離心收集的轉(zhuǎn)速為2000?rmp~4000rmp。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s2）中，聚苯胺石墨烯復(fù)合物中的苯胺的加入量為200mg-800?mg，苯胺和石墨烯的加入質(zhì)量比例為5:1~20:1，過(guò)氧化氫的加入量為0.13?ml~0.53ml，苯胺石墨烯聚合溫度為10?℃-25?℃，聚合時(shí)間為24?h~48?h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s3）中，聚苯胺石墨烯復(fù)合物與剝離蛭石超聲分散形成穩(wěn)定分散液，時(shí)間為1h-2h；復(fù)合材料與水性環(huán)氧樹脂乳液混合液混合后攪拌條件為在真空作用下10-20min，保持密封在真空容器內(nèi)攪拌時(shí)間為3h-5h；水性環(huán)氧固化劑與乳液混合后的攪拌條件為持續(xù)真空泵作用下攪拌時(shí)間30min~60min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s4）中，復(fù)合涂層的涂覆厚度為30-35μm；復(fù)合涂層的固化方式為常溫時(shí)間為5-7天，高溫固化6~12h；高溫固化溫度為70~95?℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s4）中，水性環(huán)氧乳液與水性環(huán)氧固化劑的質(zhì)量比例保持為2:1；水性環(huán)氧涂料的固含量保持47%~53%，復(fù)合材料添加質(zhì)量以固含量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)；聚苯胺石墨烯復(fù)合材料添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025?wt%~0.3?wt%，剝離蛭石與聚苯胺石墨烯復(fù)合質(zhì)量添加比例為(0.025~0.3):1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，其特征在于制備方法，其特征在于：所述步驟（s4）中，剝離蛭石和聚苯胺石墨烯復(fù)合物均為尺寸均勻的片層結(jié)構(gòu)，尺寸大小均為300?nm~900?nm；剝離蛭石和聚苯胺石墨烯復(fù)合物片層插層吸附后的尺寸穩(wěn)定在300?nm~600?nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種類三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯水性環(huán)氧涂層制備方法，所述方法包括以下步驟：（S1）對(duì)蛭石固體進(jìn)行剝離；（S2）將苯胺聚合在石墨烯表面采用溶液聚合的方式，將苯胺加入到鹽酸溶液中，充分混合溶解后與石墨烯分散液混合，再在攪拌的條件下緩慢加入過(guò)氧化氫后進(jìn)行聚合后將樣品抽濾洗滌，冷凍干燥收集得到聚苯胺石墨烯復(fù)合物；（S3）在真空環(huán)境中攪拌成環(huán)氧樹脂粘稠漿料；（S4）采用涂覆的方式將制備好的漿料涂布在碳鋼表面，固化后得到復(fù)合涂層。聚苯胺石墨烯復(fù)合物的添加比例遠(yuǎn)少于剝離蛭石，滿足低含量石墨烯防腐涂料的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展的要求。復(fù)合涂層使用溶劑均為水，無(wú)有機(jī)溶劑，具有環(huán)保綠色的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：魏彤,李志遠(yuǎn),范壯軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院（安徽省能源實(shí)驗(yàn)室）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10