[发明专利]一种功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂及其制备与应用

说明书

本发明属于乳化剂领域，公开了一种功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂及其制备方法与应用。该乳化剂的结构式如下所示，其中WEPN基团为非离子型水性环氧乳化剂环氧基团开环后形成的基团。本发明的功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂的分子结构中同时含有环氧基，聚醚结构，石墨烯结构三种结构，利用接枝的氧化石墨烯与非离子型水性环氧树脂乳化剂进行反应，使得氧化石墨烯的结构以化学键的形式接枝到乳化剂分子中，提高了氧化石墨烯在环氧树脂中的分散性能；分散性能提高后，能够高效的覆盖在金属表面，提高涂层的防腐蚀性能。

技术领域

本发明属于乳化剂领域，特别涉及一种功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂及其制备方法与应用。

背景技术

环氧树脂重防腐涂料具有良好的附着力、优异的耐化学药品性、高硬度、耐化学腐蚀、摩擦性能优异、溶剂中稳定、抗盐雾、耐碱腐蚀、成本低廉等特点，特别适用在严重腐蚀环境中钢结构的防护，如船舶、海上平台等，因此，环氧树脂重防腐涂料的应用最为广泛，约占整个重防腐涂料的40％。但由于挥发性有机化合物(VOC)降低的要求，基于环氧树脂和固化剂的水基双组分防腐涂料组合物得到广泛关注和应用，如水性环氧富锌、水性环氧内面漆、水性环氧中间漆和水性环氧云铁等等。这些涂料组合物具有与溶剂型对应物相似的优良技术性能，尽管有一些缺陷需要克服。

通常，水性涂料由于水分挥发导致漆膜留有水通道，这些通道会对漆膜的耐水和防腐产生不利影响，在一些使用环境较为恶劣，金属长期浸泡在腐蚀性液体中，防腐涂层的使用寿命受到限制，片状填料(玻璃鳞片、铝粉、片状云母、云铁、石墨)能够切断这些通道，使其耐水性和防腐性得到提高，但一般漆膜较厚重。

石墨烯具有高的热稳定性和化学稳定性，并且能在金属表面与活性介质之间形成物理阻隔层，从而有效地阻隔水和氧气等气体原子的通过。此外，石墨具有很大的比表面积、优异的导电性、超高的强度、韧性和屏蔽性等优点，使其在防腐蚀涂料中显示出潜在的应用前景。但由于石墨烯自身的特性，与其它材料复合时相容性很难得到提高，在涂料中分散也是很大一难题。这些技术难点限制了石墨烯在涂料中的应用和发展。另外，环氧水性化需要加入乳化剂或者引入亲水链段，而传统的乳化剂的残留和迁移影响产品的光泽和耐水性以及导致环境污染，而一些反应型的乳化剂或自乳化环氧乳液由于引入了亲水链段降低了其耐水性和防腐性，使其使用寿命大大缩短，限制了水性环氧防腐漆的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂。

本发明另一目的在于提供上述功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂，其结构式如下式Ⅰ所示：

其中式Ⅰ中的WEPN基团的结构如下式Ⅱ所示：

式Ⅱ中，m，n，q为整数，优选为m＝5～50；n＝5～50；q＝2～4；R₁为-C₆H₄-、-CH＝CH-或-CH₂CH₂-中的一种，R₂为H或CH₃；R₃为CH₃CH₂CH₂CH₂-或-CH₃。

一种上述的功能化氧化石墨烯改性非离子型水性环氧乳化剂的制备方法，具体包括以下步骤：