氧化石墨烯改性水性环氧防腐漆技术领域
本发明涉及的是一种化工水性涂料领域的技术，具体是一种氧化石墨烯改性水性
环氧防腐漆。
背景技术
石墨烯是一种单原子层的石墨，由碳原子以sp2杂化连接构成。这种二维材料表现
出许多优异的物理化学性质，如高强度，高载流子迁移率和高导热系数等而成为许多领域
的研究热点之一。石墨烯经过氧化处理之后得到氧化石墨烯。由于在氧化过程中在片层上
引入羧基，羟基，环氧基等具有活性的官能团，不仅能较石墨烯更好的保持单层结构，并且
这些官能团具有活性，可以与其他基团发生反应从而达到改性的目的。氧化石墨烯片层能
在涂层中形成物理阻隔，其片层厚度只有1纳米左右，因而相比传统的防腐填料形成的保护
层更加致密，更有效的提高防腐性，同时力学性能也有极大的提升。氧化石墨烯也具有两亲
性，易在水相中均匀分散，因此更适水性涂料进行改性。
发明内容
本发明针对现有技术所采用的氧化石墨烯尺寸无法达到要求，以及氧化石墨烯并
不是完全单层，或是单层氧化石墨烯在通常水性涂料助剂的作用下极易团聚，降低或失去
屏蔽效果，同时还可能造成涂层湿附着力下降不利的影响等缺陷，提出一种氧化石墨烯改
性水性环氧防腐漆，可以显著提高抗冲击性能以及防腐性能，同时保持涂层的附着力最优，
硬度达到4H，满足涂层力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种氧化石墨烯改性水性环氧防腐漆，由含有用于改性涂料的单层氧
化石墨烯、水性环氧树脂、防锈颜料、填料以及助剂的水性环氧树脂复合配方以及水性环氧
树脂固化剂组成。
所述的单层氧化石墨烯为片状结构，厚度为0.8-1.2nm，层内为碳原子sp2杂化轨
道组成的六边形结构，该单层氧化石墨烯通过与其他液态组分混合从而实现对涂料的改
性。
所述助剂包括：偶联剂、润湿分散剂、防闪锈剂、消泡剂、增稠剂以及流平剂。
所述的水性环氧树脂固化剂的用量为水性环氧树脂复合配方质量份数的0.12-
0.24倍；该水性环氧树脂固化剂优选采用经亲水性基团改性的聚酰胺树脂、改性多元胺树
脂及腰果油改性脂肪胺树脂中的一种或多种的组合。
所述的润湿分散剂优选采用聚羧酸钠盐。
所述的填料优选采用硫酸钡、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、碳酸钙粉或长石粉中的
一种或其混合，进一步优选为硅灰石粉和云母粉的混合。
所述的防锈颜料优选采用氧化铁红、磷酸盐或多聚磷酸盐中的一种或其混合，进
一步优选为多聚磷酸铝和多聚磷酸钙的混合。
所述的防闪锈剂优选采用有机锌络合物。
所述的消泡剂优选采用聚醚改性硅氧烷。
所述的流平剂优选采用疏水改性聚氨酯或聚醚改性聚二甲基硅氧烷中的一种或
几种的混合物。
所述的增稠剂优选采用气相二氧化硅或疏水改性聚氨酯中的一种或几种的混合
物。
所述的偶联剂优选采用环氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基官能团硅烷。
所述的水性环氧树脂复合配方的组分及其质量份数为：偶联剂0.1-1份、润湿分散
剂0.1-2份、填料10-52份、防锈颜料8-28份、防闪锈剂0.1-1份、消泡剂0.1-0.5份、增稠剂
0.1-0.8份、流平剂0.1-1.0份、单层氧化石墨烯0.02-1份、水性环氧树脂30-55份以及单层
氧化石墨烯，其中：单层氧化石墨烯的用量占水性环氧树脂复合配方总质量的0.02-1.0％。
本发明涉及上述防腐漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将单层氧化石墨烯分散于去离子水中；
步骤二：将水性环氧树脂复合配方机械搅拌分散均匀；
步骤三：将分散后的水性环氧树脂复合配方与水性环氧树脂固化剂混合，完成防
腐漆制备。
所述的去离子水的用量优选为水性环氧树脂复合配方中的对应12-24重量份。
所述的单层氧化石墨烯，采用氧化石墨烯的浆料或粉末中加入去离子水，超声并
搅拌分散20分钟实现分散。
所述的机械搅拌，通过高速搅拌分散至细度小于30μm。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用的氧化石墨烯为单层氧化石墨烯，厚度为0.8-
1.2nm，且容易在水中分散，工艺简单，分散时间短；容易填充到水性涂料中；石墨烯为水分
散的单层纳米结构的氧化石墨烯，单层率≥99％，在涂料中可以纳米级均匀分布于涂层中，
在涂层中形成层叠排列，阻隔水汽进入，同时，与现有石墨烯涂料技术中的氧化石墨烯相
比，本发明使用的氧化石墨烯水溶液pH为7～9，减少了氧化石墨烯本身pH对水性环氧涂料
存储稳定性的影响。本发明中的水性环氧防腐涂料经过氧化石墨烯的改性，使得涂料涂层
的耐腐蚀性能和耐冲击性能显著提高，在限定的石墨烯使用量内，水性环氧涂层耐腐蚀性
能随着氧化石墨烯用量的增加而增加。同时能保持其他力学性能如附着力，硬度，柔韧性等
最优。
附图说明
图1为实施例中单层氧化石墨烯AFM图；
图中：a为电子显微镜示意图；b为单层氧化石墨烯厚度分布图；
图2为实施例中不同氧化石墨烯添加量对涂层附着力，柔韧性，硬度和抗冲击强度
剂防腐性能的数值示意图；
图3为实施例中不同氧化石墨烯添加量对抗冲击强度及防腐性能影响的趋势示意
图。
具体实施方式
以下实施例涉及制备上述化石墨烯改性水性环氧防腐漆的方法，具体包括以下步
骤：
步骤一：将单层氧化石墨烯分散于去离子水中：在氧化石墨烯的浆料或粉末中加
入去离子水，超声并搅拌分散20分钟。
步骤二：将水性环氧树脂复合配方按比例混合并高速搅拌分散至细度小于30μm。
步骤三：将分散好的水性环氧树脂复合配方与水性环氧树脂固化剂混合并在4小
时内用完。
本实施例中的水性环氧树脂复合配方由以下重量份数的原料组成：偶联剂0.2份、
润湿分散剂0.3份、填料33份(其中硅灰石粉占18份、云母粉占3份、硫酸钡占12份)、防锈颜
料10份、防闪锈剂0.3份、消泡剂0.3份、增稠剂0.3份、流平剂0.3份、水性环氧树脂45份以及
单层氧化石墨烯，其中：单层氧化石墨烯的用量占水性环氧树脂复合配方总质量的0.02-
1.0％。
所述的水性环氧树脂固化剂的用量为上述水性环氧树脂复合配方质量份数的
0.12-0.24倍。
如图1所示，为本发明使用的氧化石墨烯的AFM图，图中所示可知本发明中所使用
的氧化石墨烯为厚度在1nm左右的单层氧化石墨烯。
进一步地，所述的氧化石墨烯的添加量如下所示：
如表1所示，为上述5组实施例的氧化石墨烯添加量对涂层附着力，柔韧性，硬度和
抗冲击强度剂防腐性能的数值示意图，如表可见，随着氧化石墨烯添加量的增加，涂层的柔
韧性能增强，附着力和硬度保持较好水平。
如图2所示，为上述5组实施例的氧化石墨烯添加量对涂层抗冲击强度及防腐性能
影响的趋势示意图，如图可见，随着氧化石墨烯添加量的增加，涂层的抗冲击性能增强，涂
层耐中性盐雾性能增强。氧化石墨烯合理的分散，有助于弥补涂层中细微的缺陷(如针孔，
隙缝)，提高涂层中的水汽屏蔽性能，在中性盐雾环境下，提高了涂层的耐腐蚀性能。
如图3所示，为添加石墨烯后的实施例1水性环氧涂层在中性盐雾环境下，与未添
加石墨烯的对比例水性环氧涂层的腐蚀对比照片，如图可见，随着氧化石墨烯的加入，涂层
具有了较好的水汽阻隔效应，延缓了离子及水汽进入底材产生腐蚀的时间，提高了水性环
氧防腐涂料的防腐蚀性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同
的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所
限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。