[发明专利]一种无有机溶剂的石墨烯增强水性环氧树脂涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无有机溶剂的石墨烯增强水性环氧树脂涂料及其制备方法，其通过将丙烯酸酯引入乳化剂分子链上制得阳离子型水性环氧树脂乳化剂，并将其与低分子量环氧树脂、石墨烯混合制得所述石墨烯增强水性环氧树脂涂料。其过程中亚甲基双丙烯酰胺的使用可引入氨基和离子位点，进而通过自由基聚合引入丙烯酸酯单体并使其进入乳化剂分子链，而聚丙二醇链段的引入提高了乳液的分散稳定性。本发明解决了乳化剂合成过程中不可控、粘度大、反应不均匀、影响耐水性等问题，并解决了乳化剂合成中必须添加有机溶剂的局限性，实现了不含任何可挥发有机溶剂乳化剂制备的目的，且所得石墨烯增强水性环氧树脂涂料具有优异的机械性能和防腐蚀性能。

技术领域

本发明属于水性环氧涂料领域，具体涉及一种无有机溶剂的石墨烯增强水性环氧树脂涂料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速增长，各类工业产品的需求与产量也在逐年上升，而这同时也带来了对环境、健康与资源等的考验。随着各种规定的相应出台，控制挥发性有机物的使用已经越来越重要。在涂料领域，以水作为溶剂或是分散介质的水性涂料在部分用途上取代以可挥发有机物作为溶剂的油性涂料已经成了一种趋势。

环氧树脂是一类主链上含有两个及以上环氧基团的聚合物，它是一种热固性树脂，环氧基可以被氨基等含有活泼氢的基团开环，固化生成网状结构。环氧树脂分子中含有多种极性基团如羟基等，因此环氧树脂具有优异的附着力。而且固化后尺寸稳定、耐候性良好，常被用做各种防腐蚀涂料的基体树脂。

现阶段水性环氧树脂中，通过混合合成乳化剂与环氧树脂加水搅拌的相反转法制得的水性环氧树脂分散相粒径小，环氧树脂以乳液微粒的形式分散于水相中，可以保留传统溶剂型环氧树脂涂料的部分优点，可挥发性有机物含量少，具有很高的发展空间。但是对于非离子型乳化剂，乳化稳定性差，需要配合离子型乳化剂使用，并且非离子乳化剂会对乳液耐水性造成严重影响。而对于离子型乳化剂，合成过程中往往会因为分子间氢键与范德华力的作用导致粘度高，反应不均匀，易产生交联恶化使得合成过程中必须添加有机溶剂。该过程中添加的有机溶剂必须通过蒸馏等技术进行分离，否则随着乳化剂进入环氧树脂体系中会显著影响乳液效果并增大VOC排放量。

丙烯酸类单体广泛的运用于涂料领域，其中部分丙烯酸酯单体具有水油两亲性，并且丙烯酸酯之间可以发生自由基聚合生成大分子，使其对环境无害。相关研究已经证明了在一定条件下丙烯酸类单体可以接枝于环氧树脂上，这为实现无溶剂合成环氧树脂乳化剂提供了新思路。亚甲基双丙烯酰胺具有特有结构（既含有碳碳双键，又含有仲胺基团），在丙烯酸链段上引入亚甲基双丙烯酰胺可将不反应的乳化剂改造成反应型阳离子乳化剂，显著提高交联密度，增加耐水性。

石墨烯具有良好的导电导热性和优异的力学性能，但是石墨烯本身具有疏水性和亲油性，其在非极性溶剂中溶解性良好，但在水中会发生团聚而影响其适用性，这限制了石墨烯在水性涂料中的使用，市面上所常用石墨烯增强水性环氧树脂涂料通常先以分散剂分散石墨烯得到石墨烯浆液，但离子型与非离子型分散剂的引入会显著降低涂料的耐水性，如何在保留其优异性能的基础上改进石墨烯的水分散吸引了很多研究人员的目光。

发明内容

针对溶剂型涂料中含有较多的可挥发性有机物对环境和人体不友好的缺点，本发明提供了一种无有机溶剂的石墨烯增强水性环氧树脂涂料，其主要由低分子量环氧树脂经反应引入离子基团，并通过自由基聚合与接枝去除本作为溶剂的丙烯酸酯，同时引入亚甲基双丙烯酰胺得到阳离子型水性环氧树脂乳化剂，再利用该乳化剂分散石墨烯并与环氧树脂、固化剂配合后得到性能优异的涂料。其制备过程中不添加可挥发有机溶剂与石墨烯分散剂，提高了涂层干燥后的耐水性，保留了环氧树脂优异的保护性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无有机溶剂的石墨烯增强水性环氧树脂涂料，其制备方法包括如下步骤：