经表面处理的石墨烷、其制备方法及石墨烷防腐涂料技术

本发明专利技术提供了一种经表面处理的石墨烷，其制造方法及石墨烷防腐涂料，其目的是为了解决石墨烯防腐涂料在其自身有缺陷时因石墨烯的高导电性而加速金属腐蚀，以及石墨烷防腐涂料中石墨烷易发生团聚的问题。通过对石墨烯进行表面处理和氢化处理得到改性石墨烷，消除了石墨烯原有的导电性且在石墨烷表面引入了亲和树脂基体的官能团，提高了石墨烷在涂料中的分散性，充分发挥其高阻隔性且绝缘的特性，增强涂料整体的致密性。根据本发明专利技术，可以通过简单的步骤、低成本的原料制备得到高性能的石墨烷防腐涂料，应用前景更为广泛。应用前景更为广泛。

【技术实现步骤摘要】
经表面处理的石墨烷、其制备方法及石墨烷防腐涂料


[0001]本专利技术涉及新能源材料领域和化工涂料领域，具体涉及一种经表面处理的石墨烷和以其为原料、仅具有低含量上述改性石墨烷的高性能的防腐涂料。

技术介绍

[0002]石墨烯自2004年由英国曼彻斯特大学的康斯坦丁
·
诺沃肖洛夫和安德烈
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盖姆在实验室用微机械剥离法发现以来(Novoselov,K.S.&Geim,A.K.et al.Electric field effect in atomically thin carbon films.Science,306,666-669,2004)，其优异的力学、电学、热学性能受到材料科学家的关注。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格、只有一个碳原子厚度的平面二维薄膜材料，是构建零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨的基础单元。石墨烯是迄今为止最薄的纳米材料，因其优异的力学性能(拉伸强度130GPa、杨氏模量高达1TPa)和突出的导电性能(电导率10S
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m-1
)、超高径厚比等，在涂料等领域的应用正逐渐引起大众的关注。
[0003]现如今腐蚀生锈对人们的生活带来大量的不便，造成大量的能源和资源的损失浪费，每年给各国带来巨额的经济损失。据美国、日本、加拿大等国公布的报告，每年仅因腐蚀所造成的直接经济损失就大约占了国民经济总产值的1％-4％，腐蚀生锈的钢铁约占年产量的20％。而在中国，每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4％，腐蚀损失甚至超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和。如此惊人的损耗，使得人们对于高性能防腐涂料的需求日益增加。
[0004]近年来，开始研究将石墨烯作为填料加入到防腐涂料中，但由于石墨烯的高比表面积和不溶于水、不溶于油的特性，很难实现均匀的分散。如果分散效果不好，形成团聚，石墨烯不仅不能改善防腐涂料本身的机械性能和防腐性能，反而会使得涂料的漆膜产生孔隙，且与腐蚀介质、基材金属板形成腐蚀电路，加速腐蚀。
[0005]例如，专利文献1公开了一种石墨烯防腐涂料，目的在于改变传统方法制备涂料的耐盐雾时间过低的缺点，向传统的富锌涂料中添加石墨烯，利用石墨烯自身的高强度、高阻隔性等特点提高了涂料的附着力、硬度和阻隔性能，延长了涂料耐盐雾时间。但该涂料中，石墨烯由于自身特性极易发生团聚且在作为基材的环氧树脂中难以分散均匀，如此情况下，石墨烯的添加可能会在涂料中形成团聚颗粒，造成涂料的空洞缺陷，影响其本身的性能。
[0006]非专利文献1公开了一种利用石墨烯增强树脂聚合物阻隔性能的方法。其中，为了更好的让石墨烯在树脂中发挥作用，增加树脂的屏蔽效果，对添加的石墨烯进行片径尺寸上的调节，最终得出结论：将石墨烯的尺寸控制在25μm时可以是树脂的屏蔽效果获得最大的提升。但是从文章中的断面电镜图中可以看到，单纯对石墨烯的尺寸进行调整并不会明显改变其在树脂中的分散效果，有着明显的团聚现象。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：CN 105623471 A
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：Damari S P,Cullari L,Nadiv R,et al.Graphene-induced enhancement of water vapor barrier in polymer nanocomposites[J].Composites Part B:Engineering,2018,134:218-224。

技术实现思路

[0012]在石墨烯类材料的防腐涂料用途中，要求提高石墨烯类材料的分散性、保持防腐涂料的防腐性和机械性能。但上述公开的文献中，对石墨烯类材料的分散性或涂料的防腐性仍有不足。
[0013]因此，本专利技术的目的是提供一种具有石墨烯的优异的阻隔性和机械强度等特性的同时，分散性优异的经表面处理的石墨烷及其制造方法。进一步地，本专利技术提供一种具有优异的防腐性的包含环氧树脂和上述经表面处理的石墨烷的防腐涂料。
[0014]本专利技术人通过深入研究发现通过将石墨烯衍生物的石墨烷经表面处理，使石墨烷表面含有氨基、-SiO3、-NCO中的一种以上即能得到保留石墨烯的阻隔性和机械强度等的优异特性的同时，提高分散性的石墨烷。并且，通过在涂料中含有上述经表面处理的石墨烷与环氧树脂，从而使上述石墨烷与环氧树脂之间形成化学键结合力，提高石墨烷在防腐涂料中的分散性，增强涂料的致密性，能够使涂料具有优异的防腐性能和机械性能。
[0015]<经表面处理的石墨烷>
[0016]本专利技术所谓的石墨烷，是石墨烯的衍生物，一种饱和的碳氢化合物，其中所有的碳是sp3杂化并形成六角网络结构，氢原子以交替形式从石墨烯平面的两端与碳成键。这样的石墨烷在具有石墨烯的阻隔性、机械强度等优异性能的同时，消除了导电性能，具有绝缘性。
[0017]作为本专利技术的经表面处理的石墨烷，在上述石墨烷表面还含有氨基、-SiO3、-NCO中的一种以上。该经表面处理的石墨烷可以是经含有氨基、-SiO3、-NCO中的一种以上的表面处理剂处理后得到。本专利技术的经表面处理的石墨烷的电阻率在10
10
Ω
·
m以上。
[0018]本专利技术的经表面处理的石墨烷是经含有氨基的表面处理剂处理得到时，所述含有氨基的表面处理剂可列举为伯胺类、仲胺类、叔胺类中的一种以上。具体地，可列举邻氯苯胺、对氯苯胺、邻甲苯胺、乙酰苯胺、对甲氧基苯胺、2-硝基苯胺、十六胺、十八胺等。由于伯胺类表面处理剂的反应活性更高，因此优选所述含有氨基的表面处理剂为邻甲苯胺、十八胺、对氯苯胺。
[0019]本专利技术的经表面处理的石墨烷是经含有-SiO3的表面处理剂处理得到时，所述含有-SiO3的表面处理剂可列举为化学式Y(CH2)
n
SiX3所示的化合物，化学式中，Y表示乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的一种，n表示2～100中的任一整数，X表示氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的一种。具体地，可列举为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、巯丙基三甲氧基硅烷等。从原料成本的方面考虑，优选所述含有-SiO3的表面处理剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。
[0020]本专利技术的经表面处理的石墨烷是经含有-NCO的表面处理剂处理得到时，所述含有-NCO的表面处理剂可列举单异氰酸酯、二异氰酸酯以及多异氰酸酯中的一种以上。具体地，可列举甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯-2,4-二异氰酸酯、4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)、对甲苯异氰酸酯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述石墨烷表面含有氨基、-SiO3、-NCO中的一种以上。2.根据权利要求1所述的经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述石墨烷经含有氨基的表面处理剂改性，该含有氨基的表面处理剂为伯胺类、仲胺类、叔胺类中的一种以上。3.根据权利要求1所述的经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述石墨烷经含有-SiO3的表面处理剂改性，该含有-SiO3的表面处理剂的化学式为Y(CH2)
n
SiX3，式中Y表示乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的一种，n表示2～100中的任一整数，X表示氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的一种。4.根据权利要求1所述的经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述石墨烷经含有-NCO的表面处理剂改性，该含有-NCO的表面处理剂为单异氰酸酯、二异氰酸酯及多异氰酸酯中的一种以上。5.根据权利要求1所述的经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述表面含有氨基的石墨烷中，氮元素/碳元素原子比N/C比为0.3-5。6.根据权利要求1所述的经表面处理的石墨烷，其特征在于，所述表面含有-SiO3的石墨烷中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王克，杨扬，陈桥，川崎学，杜宁，
申请(专利权)人：东丽先端材料研究开发中国有限公司，
类型：发明
国别省市：