持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法与流程

本发明涉及一种持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法。

背景技术：

石墨烯因具有独特稳定的二维结构，被广泛的应用于轮船、机械、能源及军工等领域设备的防腐涂料。研究表明相同含量石墨烯的防腐效果是锌粉防腐效果的50倍，该防腐效果与富锌环氧涂料非常接近，同时还可大幅提高防腐涂料的使用寿命；另外，用石墨烯代替锌粉还可以大大降低防腐涂料的价格。因此用石墨烯制备的防腐涂料涂覆在金属铜、镍表面可以使其铜的腐蚀速率减慢7倍，镍的腐蚀速率慢4倍。近年来，相关研究者已经将纯石墨烯防腐涂层和石墨烯复合防腐涂层广泛的应用到防腐材料中。相比于纯石墨烯防腐涂料，石墨烯复合防腐涂料具有众多优点，其中包括优异的化学稳定性、良好的力学稳定性、较高的导电性相比等。除此之外，石墨烯可以和聚合物树脂进行复合，使得其具有较好的粘附力和成膜性，从而极大地提高了复合涂料的总体性能。在生产工艺方面，基于现有的传统涂料生产工艺和涂覆工艺可以制备出石墨烯复合防腐涂料。

一般防腐涂料在使用过程中都会散发刺激性气味，该刺激性气味容易使人产生头晕等不适症状，因此需要在防腐涂料中添加一定的添加剂从而稀释防腐涂料散发的刺激性气味。天然香精是工业中不可缺少的原料，其由于具有无毒、芳香气味，主要来源于生活中的天然材料如水果、蔬菜及香料等，天然香精属于水基溶态，在低添加量，节约成本的条件下为食品带来天然的风味，应用在涂料上，可散发悦人香气，使环境舒适，因此被广泛的应用于食品、防腐涂料等领域。现有防腐涂料内添加的天然香精一般50天左右就会挥发干净，挥发速度较快，如何达到缓慢释放香气是需要解决的技术问题。

因此，急需一种无毒，无臭，延长香气释放时间的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法。

技术实现要素：

为了解决现有防腐涂料内添加的天然香精一般50天左右就会挥发干净，挥发较快的问题，本发明的目的是提供一种持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法，具有无毒，无臭，延长香气释放时间的优点。

本发明提供了如下的技术方案：

持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

s1、制备水性氧化石墨烯分散液，将70～80wt％的水性醇酸树脂加入投料釜，搅拌均匀，在转速500-800r/min下加入5～10wt％的水性氧化石墨烯分散液搅拌20～30min直到分散均匀，得到水性氧化石墨烯/水性醇酸树脂混合液；

s2、将5～10wt％天然香精和锌粉加入到所述s1步骤的水性氧化石墨烯/水性醇酸树脂混合液中，调整转速到800-1000r/min，高速分散40-50min，得到均匀分散液；

s3、将所述s2步骤的均匀分散液超声分散，然后加入0.5～1g水合肼进行还原反应，得到持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料；

s4、通过吸料泵将分散好的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料吸入砂磨机进行研磨，收集备用；

s5、将研磨合格的浆液加入到调漆罐中，在300～500r/min的低速搅拌下，加入去离子水，用ph调节剂调控ph值，待分散均匀后，过滤检测合格后将产品打入储罐存储。

所述s2步骤在分散的过程中，天然香精表面的含氧官能团会与水性氧化石墨烯表面含氧官能团(羧基、羟基、环氧基等基团)进行氢键、范德华力、静电等价键结合，使得天然香精均匀的分布在石墨烯片层和水性醇酸树脂之中，由于石墨烯独特的二维片层结构，可以有效的降低天然香精的挥发速度，从而使水性醇酸树脂重防腐涂料达到持久释放香味的作用；所述s3步骤中采用超声分散+水合肼还原相结合的方法，减少石墨烯在分散液中的团聚，提高石墨烯/氧化石墨烯的分散效果；所述s4步骤采用砂磨分散制备法，在满足低成本、高效生产的同时，进一步提高石墨烯在涂料中的分散均匀性和稳定性；本发明制备的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料采用水性醇酸树脂为乳液基料，开发出天然香精掺杂的水性石墨烯涂料，填补国内空白，是继水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性无机富锌等研究之外的新突破。

优选的，所述s3步骤中还原反应的反应温度80～90℃，反应时间2～3h。

优选的，所述s4步骤中研磨的细度为1～30μm。

优选的，所述s5步骤中ph值为8-9。

优选的，所述s1步骤中水性氧化石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤：

a、称取20～50ml的h3po4至烧杯中，再称取300～400ml的h2so4缓慢地加入到盛有h3po4的烧杯中，边搅拌边加入，将配制好的混合溶液转移到三口烧瓶中，搅拌至均匀；

b、称取2～5g的天然石墨片，然后将天然石墨片加入到h3po4/h2so4混合液中，持续搅拌至均匀悬浮液；

c、称取10～20g的kmno4，在冰浴条件下，缓慢的加入到混合悬浮液中，然后在40～60℃油浴条件下反应5～15h；

d、反应结束后将混合液冷却到室温，然后滴加2～15ml的h2o2；

e、将混合液水洗3～5次，盐酸洗3～5次，乙醇洗3～5次，最后再用水洗3～5次，最后得到高纯度氧化石墨烯分散液；

f、称取0.1～0.3g的2-巯基苯并噻唑在50～150ml氮氮二甲基甲酰胺(dmf)中分散至均匀悬浮液，然后加入0.1～0.5g的氧化石墨烯超声1～2h形成均匀悬浮液，2-巯基苯并噻唑接枝到氧化石墨烯表面，最后得到水性氧化石墨烯分散液。

水性氧化石墨烯分散液的制备过程是先制备氧化石墨烯分散液，再将2-巯基苯并噻唑接枝到氧化石墨烯表面，使改性后的氧化石墨烯既具备氧化石墨烯的物理阻隔性，又具备2-巯基苯并噻唑的缓蚀性。

优选的，所述a步骤中h2so4的体积分数为85-95％，h3po4的体积分数为5-15％。

优选的，所述b步骤中石墨片的重量百分比浓度为1-33wt％。

优选的，所述c步骤中kmno4的重量百分比浓度为65-90wt％。

本发明的有益效果是：所述s2步骤在分散的过程中，天然香精表面的含氧官能团会与水性氧化石墨烯表面含氧官能团(羧基、羟基、环氧基等基团)进行氢键、范德华力、静电等价键结合，使得天然香精均匀的分布在石墨烯片层和水性醇酸树脂之中，由于石墨烯独特的二维片层结构，可以有效的降低天然香精的挥发速度，从而使水性醇酸树脂重防腐涂料达到持久释放香味的作用；所述s3步骤中采用超声分散+水合肼还原相结合的方法，减少石墨烯在分散液中的团聚，提高石墨烯/氧化石墨烯的分散效果；所述s4步骤采用砂磨分散制备法，在满足低成本、高效生产的同时，进一步提高石墨烯在涂料中的分散均匀性和稳定性；本发明制备的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料采用水性醇酸树脂为乳液基料，开发出天然香精掺杂的水性石墨烯涂料，填补国内空白，是继水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性无机富锌等研究之外的新突破。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例1制备的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的防腐机理图；

具体实施方式

实施例1

水性氧化石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤：

a、称取40ml的体积分数为90％的h3po4至烧杯中，再称取360ml的体积分数为10％的h2so4缓慢地加入到盛有h3po4的烧杯中，边搅拌边加入，将配制好的混合溶液转移到三口烧瓶中，搅拌至均匀；

b、称取3g的天然石墨片，石墨片的重量百分比浓度为10wt％，然后将天然石墨片加入到h3po4/h2so4混合液中，持续搅拌至均匀悬浮液；

c、称取18g的kmno4，kmno4的重量百分比浓度为75wt％，在冰浴条件下，缓慢的加入到混合悬浮液中，然后在50℃油浴条件下反应10h；

d、反应结束后将混合液冷却到室温，然后滴加10ml的h2o2；

e、将混合液水洗4次，盐酸洗4次，乙醇洗4次，最后再用水洗4次，最后得到高纯度氧化石墨烯分散液；

f、称取0.1g的2-巯基苯并噻唑在100ml氮氮二甲基甲酰胺(dmf)中分散至均匀悬浮液，然后加入0.5g的氧化石墨烯超声2h形成均匀悬浮液，2-巯基苯并噻唑接枝到氧化石墨烯表面，最后得到水性氧化石墨烯分散液。

水性氧化石墨烯分散液的制备过程是先制备氧化石墨烯分散液，再将2-巯基苯并噻唑接枝到氧化石墨烯表面，使改性后的氧化石墨烯既具备氧化石墨烯的物理阻隔性，又具备2-巯基苯并噻唑的缓蚀性。

持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

s1、将10g重量百分比浓度为75wt％的水性醇酸树脂加入投料釜，搅拌均匀，在转速600r/min下加入0.5g重量百分比浓度为8wt％的水性氧化石墨烯分散液搅拌30min直到分散均匀，得到水性氧化石墨烯/水性醇酸树脂混合液；

s2、将5g重量百分比浓度为8wt％柠檬香精和锌粉加入到所述s1步骤的水性氧化石墨烯/水性醇酸树脂混合液中，调整转速到900r/min，高速分散50min，得到均匀分散液；所述s2步骤在分散的过程中，天然香精除了采用柠檬香精外，还可以采用其他天然香精，天然香精表面的含氧官能团会与水性氧化石墨烯表面含氧官能团(羧基、羟基、环氧基等基团)进行氢键、范德华力、静电等价键结合，使得天然香精均匀的分布在石墨烯片层和水性醇酸树脂之中，由于石墨烯独特的二维片层结构，可以有效的降低天然香精的挥发速度，从而使水性醇酸树脂重防腐涂料达到持久释放香味的作用；

s3、将所述s2步骤的均匀分散液超声分散，然后加入1g水合肼进行还原反应，反应温度90℃，反应时间3h，得到持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料；所述s3步骤中采用超声分散+水合肼还原相结合的方法，减少石墨烯在分散液中的团聚，提高石墨烯/氧化石墨烯的分散效果；

s4、通过吸料泵将分散好的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料吸入砂磨机进行研磨，研磨的细度为30μm，收集备用；所述s4步骤采用砂磨分散制备法，在满足低成本、高效生产的同时，进一步提高石墨烯在涂料中的分散均匀性和稳定性；

s5、将研磨合格的浆液加入到调漆罐中，在500r/min的低速搅拌下，加入去离子水，用ph调节剂调控ph值为8，待分散均匀后，过滤检测合格后将产品打入储罐存储。

实施例2

与实施例1相比，持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法不同之处在于：所述s1步骤中添加1g重量百分比浓度为8wt％的水性氧化石墨烯分散液。

实施例3

与实施例1相比，持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法不同之处在于：所述s1步骤中添加5g重量百分比浓度为8wt％的水性氧化石墨烯分散液。

实施例4

与实施例1相比，持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的制备方法不同之处在于：所述s1步骤中添加20g重量百分比浓度为8wt％的水性氧化石墨烯分散液。

对比例

与实施例1相比，涂料的制备方法不同之处在于：所述s1步骤中不添加水性氧化石墨烯分散液。

实施例1制备的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料的持久香型机理图如图1所示，由图1可知，天然香精表面的含氧官能团会与水性氧化石墨烯表面含氧官能团(羧基、羟基、环氧基等基团)进行氢键、范德华力、静电等价键结合，使得天然香精均匀的分布在石墨烯片层和水性醇酸树脂之中，由于石墨烯独特的二维片层结构，可以有效的降低天然香精的快速挥发，使石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料达到持久释放香味的作用。

将实施例1-4制备的持久香型石墨烯改性水性醇酸树脂重防腐涂料与对比例制备的涂料的香气释放时间进对比行测定，测定结果如下表1。

表1实施例1-4制备的涂料和对比例制备的涂料的香气释放时间测定结果

由表1可知，在添加水性氧化石墨烯分散液后，香气释放时间成倍增加，添加水性氧化石墨烯分散液的量在一定范围内，随着水性氧化石墨烯分散液的量的增加，香气释放时间逐步增加。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。