CN107964339A - 一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，是由下述重量份的原料制成的，十二烯基丁二酸3‑4、有机溶剂160‑200、氨基三甲叉膦酸1‑2、钼酸铵1‑2、磷酸二氢钾0.8‑1、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷40‑50、聚醚二元醇20‑26、2，6‑二叔丁基对甲酚1‑3、环烷酸锌0.4‑0.7、氧化石墨烯20‑30、异丙醇铝16‑24、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷1‑2、sp‑80 0.1‑0.13，溶胶各种物料间分散性好，具有很好的抗锈性能，可以在金属基材表面形成均匀稳定的涂膜，起到很好的抗锈效果。

Description

一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶及其制备方法。
背景技术
由于石墨烯具有独特的结构柔韧性、超高的电导率、优异的热稳定性以及巨大的比表面积，石墨烯在纳米材料的制备与应用领域具有广阔的发展前景，将拥有优异性能的石墨烯与其他功能纳米材料相结合制备石墨烯基纳米复合材料，是拓展石墨烯应用范围的有效途径，一方面，这些功能纳米材料可以扩大石墨烯在固态下的片层距离，防止其堆积成石墨结构，从而保持石墨烯的优越性能，另一方面，最近的研究表明，石墨烯与这些功能纳米材料之间存在协同效应，使得复合材料表现出比单组分更为优越的良好性能，甚至产生一些新的特性，因此，越来越多多功能的石墨烯复合材料的研究都在持续的进行之中。
氧化石墨的还原是石墨烯表面含氧官能团除去的过程，而石墨烯的修饰是用其他官能团或纳米复合材料对其进行改性。石墨烯本身既不亲水也不亲油，很难分散于各种溶剂中，也很难与包括无机纳米粒子在内的其它物质进行有效复合，故需要对石墨烯的表面进行化学修饰以改善其可操作性通常，石墨烯的修饰包括共价键修饰和非共价键修饰。共价键修饰是将功能基团与石墨烯的表面以共价键的形式相互连接。然而，共价键修饰很难在本征石墨烯表面进行，往往以氧化石墨烯表面的含氧官能团为反应活性位点。非共价键修饰石墨烯的最主要优点在于功能基团的引入不会破坏石墨烯本身的共轭结构，从而使石墨烯的优异性能得以保留，本发明的目的就是为了解决如何将石墨烯与纳米粒子形成有效的交联，然后通过表面修饰，使其可以分散于各种有机溶剂中。
发明内容
本发明的目的就是为了解决如何将石墨烯与纳米粒子形成有效的交联，然后通过表面修饰，使其可以分散于各种有机溶剂中，提供一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶及其制备方法。
为实现目的，本发明采用以下技术方案：
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，它是由下述重量份的原料制成的：
十二烯基丁二酸3-4份、有机溶剂160-200份、氨基三甲叉膦酸1-2份、钼酸铵1-2份、磷酸二氢钾0.8-1份、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷40-50、聚醚二元醇20-26份、2，6-二叔丁基对甲酚1-3份、环烷酸锌0.4-0.7份、氧化石墨烯20-30份、异丙醇铝16-24份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷1-2份、sp-80 0.1-0.13份。
所述的有机溶剂为轻柴油、含氢硅油中的一种。
所述的聚醚二元醇的分子量为1000，官能度为2。
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)取2，6-二叔丁基对甲酚，加入到聚醚二元醇中，升高温度为60-70℃，保温搅拌30-40分钟，加入环烷酸锌，搅拌至常温，得稳定醇分散液；
(2)取异丙醇铝，加入到其重量100-110倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述稳定醇分散液，搅拌均匀，滴加浓度为17-20％的氨水，调节pH为10-12，常温搅拌2-3小时，加入十二烯基丁二酸、氨基三甲叉膦酸，升高温度为80-85℃，保温搅拌1-2小时，蒸馏脱水，冷却，送入到烘箱中，在100-110℃下干燥30-40分钟，得抗锈溶胶；
(3)取抗锈溶胶，加入到其重量15-20倍的氯化亚砜中，在50-55℃下保温搅拌15-20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化抗锈溶胶；
(4)取钼酸铵、磷酸二氢钾、sp-80混合，加入到混合料重量300-400倍的、75-80％的乙醇溶液中，超声2-3分钟，加入氧化石墨烯，继续超声10-20分钟，得氧化石墨烯抗锈分散液；
(5)取3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入到上述氧化石墨烯抗锈分散液中，1000-1400转/分搅拌3-4小时，蒸馏，依次除去乙醇、水，真空50-60℃下干燥1-2小时，得胺化氧化抗锈石墨烯；
(6)取十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，加入到有机溶剂中，搅拌均匀，得硅烷分散液；
(7)将酰氯化抗锈溶胶、胺化氧化抗锈石墨烯混合，加入到上述硅烷分散液中，升高温度为50-70℃，1800-2000转/分保温搅拌1-2小时，冷却至常温，即得所述硅烷化石墨烯抗锈溶胶。
本发明的优点：
本发明采用异丙醇铝为前驱体，在水解的过程中加入了十二烯基丁二酸、氨基三甲叉膦酸等抗锈组份，不仅增强了溶胶的抗锈性，还在其表面得到羧基基团，然后采用氯化亚砜进行酰氯化处理，得到酰氯化抗锈溶胶，然后再通过氧化石墨烯与钼酸铵、磷酸二氢钾混合，通过sp-80的作用进行分散，得到了具有一定抗锈性能的分散液，然后将分散液进行胺化处理，与酰氯化抗锈溶胶混合进行交联反应，使抗锈溶胶有效的结合在石墨烯表面，得到表面有机化的石墨烯，最后将该石墨烯分散到得到防腐复合石墨烯材料，最后在硅烷有机溶剂中分散，得到硅烷化石墨烯抗锈溶胶，该溶胶各种物料间分散性好，具有很好的抗锈性能，可以在金属基材表面形成均匀稳定的涂膜，起到很好的抗锈效果。
具体实施方式
实施例1
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，它是由下述重量份的原料制成的：
十二烯基丁二酸3份、轻柴油200份、氨基三甲叉膦酸2份、钼酸铵2份、磷酸二氢钾1份、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷50份、聚醚二元醇26份、2，6-二叔丁基对甲酚3份、环烷酸锌0.7份、氧化石墨烯30份、异丙醇铝24份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷2份、sp-80 0.13份。
所述的聚醚二元醇的分子量为1000，官能度为2。
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)取2，6-二叔丁基对甲酚，加入到聚醚二元醇中，升高温度为60℃，保温搅拌30分钟，加入环烷酸锌，搅拌至常温，得稳定醇分散液；
(2)取异丙醇铝，加入到其重量100倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述稳定醇分散液，搅拌均匀，滴加浓度为17％的氨水，调节pH为10，常温搅拌2小时，加入十二烯基丁二酸、氨基三甲叉膦酸，升高温度为80℃，保温搅拌1小时，蒸馏脱水，冷却，送入到烘箱中，在100℃下干燥30分钟，得抗锈溶胶；
(3)取抗锈溶胶，加入到其重量15倍的氯化亚砜中，在50℃下保温搅拌15小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化抗锈溶胶；
(4)取钼酸铵、磷酸二氢钾、sp-80混合，加入到混合料重量300倍的、75％的乙醇溶液中，超声2分钟，加入氧化石墨烯，继续超声10分钟，得氧化石墨烯抗锈分散液；
(5)取3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入到上述氧化石墨烯抗锈分散液中，1000转/分搅拌3小时，蒸馏，依次除去乙醇、水，真空50℃下干燥1-2小时，得胺化氧化抗锈石墨烯；
(6)取十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，加入到有机溶剂中，搅拌均匀，得硅烷分散液；
(7)将酰氯化抗锈溶胶、胺化氧化抗锈石墨烯混合，加入到上述硅烷分散液中，升高温度为50℃，1800转/分保温搅拌1小时，冷却至常温，即得所述硅烷化石墨烯抗锈溶胶。
实施例2
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，它是由下述重量份的原料制成的：
十二烯基丁二酸3、含氢硅油160、氨基三甲叉膦酸1、钼酸铵1、磷酸二氢钾0.8、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷40、聚醚二元醇20、2，6-二叔丁基对甲酚1、环烷酸锌0.4、氧化石墨烯20、异丙醇铝16、3-氨基丙基三乙氧基硅烷1、sp-80 0.1。
所述的聚醚二元醇的分子量为1000，官能度为2。
一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)取2，6-二叔丁基对甲酚，加入到聚醚二元醇中，升高温度为70℃，保温搅拌40分钟，加入环烷酸锌，搅拌至常温，得稳定醇分散液；
(2)取异丙醇铝，加入到其重量110倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述稳定醇分散液，搅拌均匀，滴加浓度为20％的氨水，调节pH为12，常温搅拌3小时，加入十二烯基丁二酸、氨基三甲叉膦酸，升高温度为85℃，保温搅拌2小时，蒸馏脱水，冷却，送入到烘箱中，在110℃下干燥40分钟，得抗锈溶胶；
(3)取抗锈溶胶，加入到其重量20倍的氯化亚砜中，在55℃下保温搅拌20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化抗锈溶胶；
(4)取钼酸铵、磷酸二氢钾、sp-80混合，加入到混合料重量400倍的、80％的乙醇溶液中，超声3分钟，加入氧化石墨烯，继续超声20分钟，得氧化石墨烯抗锈分散液；
(5)取3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入到上述氧化石墨烯抗锈分散液中，1400转/分搅拌4小时，蒸馏，依次除去乙醇、水，真空60℃下干燥2小时，得胺化氧化抗锈石墨烯；
(6)取十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，加入到有机溶剂中，搅拌均匀，得硅烷分散液；
(7)将酰氯化抗锈溶胶、胺化氧化抗锈石墨烯混合，加入到上述硅烷分散液中，升高温度为70℃，2000转/分保温搅拌2小时，冷却至常温，即得所述硅烷化石墨烯抗锈溶胶。
性能测试：
取本发明的硅烷化石墨烯抗锈溶胶，涂覆在已经砂纸打磨的q235钢板(2cm×5cm×0.1cm)表面，控制膜层的厚度为0.5-1.0mm，置于室温下干燥30分钟后，于130℃条件下烘焙30min；
在3.5wt％的氯化钠溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为10-11.46MPa；在10wt％的盐酸溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为10.8-12.11MPa；在10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为10.7-12.32MPa。
对比例：
取传统硅烷有机涂料(由30份的硅烷偶联剂Kh550、160份的含氢硅油组成)，涂覆在已经砂纸打磨的q235钢板(2cm×5cm×0.1cm)表面，控制膜层的厚度为0.5-1.0mm，置于室温下干燥30分钟后，于130℃条件下烘焙30min；
在3.5wt％的氯化钠溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为7-8.41MPa；在10wt％的盐酸溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为7.4-9.01MPa；在10wt％的氢氧化钠溶液中浸泡3天，测得涂层的剪切强度为7.3-9.20MPa；
由实验可知，本发明的硅烷化石墨烯抗锈溶胶具有更强的抗锈性能。

Claims (4)

1.一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，其特征在于，它是由下述重量份的原料制成的：
十二烯基丁二酸3-4份、有机溶剂160-200份、氨基三甲叉膦酸1-2、钼酸铵1-2份、磷酸二氢钾0.8-1份、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷40-50份、聚醚二元醇20-26份、2，6-二叔丁基对甲酚1-3份、环烷酸锌0.4-0.7份、氧化石墨烯20-30份、异丙醇铝16-24份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷1-2份、sp-800.1-0.13份。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，其特征在于，所述的有机溶剂为轻柴油、含氢硅油中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种硅烷化石墨烯抗锈溶胶，其特征在于，所述的聚醚二元醇的分子量为1000，官能度为2。
4.一种如权利要求1、2、3所述的硅烷化石墨烯抗锈溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取2，6-二叔丁基对甲酚，加入到聚醚二元醇中，升高温度为60-70℃，保温搅拌30-40分钟，加入环烷酸锌，搅拌至常温，得稳定醇分散液；
(2)取异丙醇铝，加入到其重量100-110倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述稳定醇分散液，搅拌均匀，滴加浓度为17-20％的氨水，调节pH为10-12，常温搅拌2-3小时，加入十二烯基丁二酸、氨基三甲叉膦酸，升高温度为80-85℃，保温搅拌1-2小时，蒸馏脱水，冷却，送入到烘箱中，在100-110℃下干燥30-40分钟，得抗锈溶胶；
(3)取抗锈溶胶，加入到其重量15-20倍的氯化亚砜中，在50-55℃下保温搅拌15-20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化抗锈溶胶；
(4)取钼酸铵、磷酸二氢钾、sp-80混合，加入到混合料重量300-400倍的、75-80％的乙醇溶液中，超声2-3分钟，加入氧化石墨烯，继续超声10-20分钟，得氧化石墨烯抗锈分散液；
(5)取3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加入到上述氧化石墨烯抗锈分散液中，1000-1400转/分搅拌3-4小时，蒸馏，依次除去乙醇、水，真空50-60℃下干燥1-2小时，得胺化氧化抗锈石墨烯；
(6)取十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，加入到有机溶剂中，搅拌均匀，得硅烷分散液；
(7)将酰氯化抗锈溶胶、胺化氧化抗锈石墨烯混合，加入到上述硅烷分散液中，升高温度为50-70℃，1800-2000转/分保温搅拌1-2小时，冷却至常温，即得所述硅烷化石墨烯抗锈溶胶。
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CN109988446A (zh) * 2019-01-29 2019-07-09 香港宝鸿国际贸易投资有限公司 一种有机涂料用防腐接枝石墨烯填料及其制备方法
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