一种水性环氧树脂石墨烯复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于复合材料领域，具体是石墨烯环氧树脂复合材料技术领域，涉及一种水性环氧树脂石墨烯复合材料、制备方法及应用，氧化石墨烯经过水热还原反应后得到石墨烯水凝胶；石墨烯水凝胶采用去离子水置换后得到石墨烯水凝胶块；石墨烯水凝胶块加入到水性环氧树脂中，搅拌混合均匀，加入固化剂固化，得到水性环氧树脂石墨烯复合材料。本发明专利技术的制备方法简单，将石墨烯水凝胶块直接和水性环氧树脂混合，省去获得石墨烯气凝胶的步骤，节省昂贵的冷冻干燥设备或超临界二氧化碳萃取设备，反应周期更短、成本更低，可应用于水性粘合剂或水性地坪漆领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水性环氧树脂石墨烯复合材料、制备方法及应用
本专利技术涉及复合材料领域，具体是石墨烯环氧树脂复合材料
，涉及一种水性环氧树脂石墨烯复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系，在施工前加入水性固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，得到不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点：还具有以下优点：一是环保性能好，挥发性有机化合物含量较低，不会造成空气污染，因而满足当前环境保护的要求；二是真正水性化，以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，储存、运输和使用过程中的安全性也大为提高；三是操作性佳，水性环氧树脂涂料的施工操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度。但是水性环氧树脂与溶剂型环氧树脂相比也存在以下的不足：一是对底材的附着力不够高，二是固化后的涂膜耐腐蚀性较差，三是固化后的涂膜力学性能不够好。因此，如何提升水性环氧树脂固化后的性能一直是业界所关注的。《石墨烯掺杂水性环氧树脂的隔水和防护性能》(《电镀与涂饰》，2015年，第34卷，第6期)通过物理混合将石墨烯分散液与双组份水性环氧树脂制备成石墨烯环氧树脂涂层，提高了水性环氧树脂涂层的防腐蚀性能。CN104231547A的中国专利公开了一种水性石墨烯环氧树脂纳米复合材料的制备方法，制得氧化石墨烯后加入聚乙烯吡咯烷酮，还原再分散在水中，得到功能化石墨烯分散液，加入环氧树脂，除去水分，加入固化剂，加热固化，得到水性石墨烯/环氧树脂纳米复合材料，相比环氧树脂，硬度和耐冲击性都有了明显提高。石墨烯气凝胶是近几年发展的一种气凝胶，具有低密度、高比表面积、大孔体积、高电导率、良好的热稳定性和结构可控等独特优点，应用在溶剂型环氧树脂中提高性能已有报道，但是石墨烯气凝胶应用在水性环氧树脂中还未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种水性环氧树脂石墨烯复合材料的制备方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种水性环氧树脂石墨烯复合材料，固化后具有较好的耐腐蚀性、力学性能和附着力。本专利技术还有一个目的在于提供一种水性环氧树脂石墨烯复合材料的应用。本专利技术的技术方案如下：一种水性环氧树脂石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤，S1、按重量份数计，将1份氧化石墨烯、1-5份还原剂加入到100-1000份去离子水中，超声分散20-30分钟，密封置于90-120℃的环境中加热12-24小时，得到石墨烯水凝胶；S2、步骤S1得到的石墨烯水凝胶采用去离子水置换3-8次，除去多余的水，得到石墨烯水凝胶块；S3、将步骤S2得到的石墨烯水凝胶块加入到水性环氧树脂中，搅拌混合均匀，加入固化剂，搅拌均匀，固化，得到水性环氧树脂石墨烯复合材料。优选的，步骤S1中所述氧化石墨烯选自Hummers法氧化石墨烯或改进Hummers法氧化石墨烯。优选的，步骤S1中所述还原剂选自碘化钠、硫化钠、对苯二酚、抗坏血酸、多巴胺、三聚氰胺、柠檬酸钠和氢碘酸中的一种或几种。所述还原剂还可以选自胺类化合物，例如二氨基二苯基甲烷、三亚乙基四胺、二氨基二苯砜或二乙氨基丙胺。还原剂的重量份数优选为1.5-3份。步骤S2中采用去离子水置换可以采用透析的方法，也可以在加入石墨烯水凝胶体积5-10倍的去离子水后在超声清洗器中超声5-10秒后倒去多余的水，或者可以在加入石墨烯水凝胶体积5-10倍的去离子水后在振荡器上振动3-5分钟后倒出多余的水。步骤S2中所述除去多余的水为倒出多余的水后，将不是束缚在石墨烯水凝胶块上的水用滤纸吸除。所述束缚在石墨烯水凝胶块上的水为形成石墨烯水凝胶块所需的水。优选的，步骤S3中所述石墨烯水凝胶块和水性环氧树脂的重量比为10:10-100。更优选的，石墨烯水凝胶块和水性环氧树脂的重量比为10:15-50。优选的，步骤S3中所述水性环氧树脂固含量为30-80wt％，所述水性环氧树脂的制备方法选自机械法、自乳化法和相反转法中的一种。机械法即直接乳化法，可用球磨机、胶体磨、均质器等将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，然后加入乳化剂水溶液，再通过机械搅拌将粒子分散于水中；或将环氧树脂和乳化剂混合，加热到适当的温度，在激烈的搅拌下逐渐加入水而形成乳液。自乳化法又称化学改性法，即将一些亲水性的基团引入到环氧树脂分子链上，或嵌段或接枝，使环氧树脂获得自乳化的性质，当这种改性聚合物加水进行乳化时，疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒，离子基团或极性基团分布在这些微粒的表面，由于带有同种电荷而相互排斥，只要满足一定的动力学条件，就可形成稳定的水性环氧树脂乳液，这是自乳化法制备水性环氧树脂的基本原理。根据引入的具有表面活性作用的亲水基团性质的不同，自乳化法制备的水性环氧树脂乳液可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种。相反转是一种制备高分子量环氧树脂乳液较为有效的方法，通常的制备方法是在高剪切力条件下先将乳化剂与环氧树脂均匀混合，随后在一定的剪切条件下缓慢地向体系中加入水，随着加水量的增加，整个体系逐步由油包水型转变为水包油型，形成均匀稳定的水可稀释体系。乳化过程通常在常温下进行，对于固态环氧树脂，往往需要借助于少量溶剂和加热使环氧树脂粘度降低后再进行乳化。优选的，步骤S3中所述水性环氧树脂和固化剂的重量比为100:10-300。更优选的，水性环氧树脂和固化剂的重量比为100:50-200。优选的，步骤S3中所述固化剂选自多元胺、多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化的多胺、二聚酸与多元胺缩合而成的聚酰胺以及多元胺与环氧树脂加成得到的多胺-环氧加成物中的一种或几种。多元胺可选自脂肪族多元胺、脂环族多元胺或芳香族多元胺，具体有乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、N,N’-二乙氨基丙胺、N-氨乙基哌嗪、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、1,3-双(氨甲基)环己烷、间苯二胺、甲苯二甲胺、二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷、β-羟乙基乙二胺等。多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化的多胺中可以选自多元胺与沥青脂肪酸缩合得到的酰胺化的多元胺、多元胺与腈基脂肪酸缩合得到的酰胺化的多元胺、四乙烯五胺与含碳原子12-22个的不饱和脂肪酸缩合得到的酰胺化的多元胺、二乙烯三胺与甲基丙烯酸缩合得到的酰胺化的多元胺等。二聚酸与多元胺缩合而成的聚酰胺中二聚酸由亚麻酸、亚油酸等植物脂肪酸作原料合成，多元胺选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等。多元胺与环氧树脂加成得到的多胺-环氧加成物中多元胺可以选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等。一种上述任一实施方案所述的制备方法制备得到的水性环氧树脂石墨烯复合材料。一种上述实施方案所述的水性环氧树脂石墨烯复合材料在水性粘合剂领域的应用。一种上述实施方案所述的水性环氧树脂石墨烯复合材料在地坪漆领域的应用。本专利技术的有益效果是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性环氧树脂石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，/nS1、按重量份数计，将1份氧化石墨烯、1-5份还原剂加入到100-1000份去离子水中，超声分散20-30分钟，密封置于90-120℃的环境中加热12-24小时，得到石墨烯水凝胶；/nS2、步骤S1得到的石墨烯水凝胶采用去离子水置换3-8次，除去多余的水，得到石墨烯水凝胶块；/nS3、将步骤S2得到的石墨烯水凝胶块加入到水性环氧树脂中，搅拌混合均匀，加入固化剂，搅拌均匀，固化，得到水性环氧树脂石墨烯复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性环氧树脂石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、按重量份数计，将1份氧化石墨烯、1-5份还原剂加入到100-1000份去离子水中，超声分散20-30分钟，密封置于90-120℃的环境中加热12-24小时，得到石墨烯水凝胶；
S2、步骤S1得到的石墨烯水凝胶采用去离子水置换3-8次，除去多余的水，得到石墨烯水凝胶块；
S3、将步骤S2得到的石墨烯水凝胶块加入到水性环氧树脂中，搅拌混合均匀，加入固化剂，搅拌均匀，固化，得到水性环氧树脂石墨烯复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述氧化石墨烯选自Hummers法氧化石墨烯或改进Hummers法氧化石墨烯。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述还原剂选自碘化钠、硫化钠、对苯二酚、抗坏血酸、多巴胺、三聚氰胺、柠檬酸钠和氢碘酸中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，
申请(专利权)人：陈志强，
类型：发明
国别省市：福建;35