氧化石墨烯/電泳漆復合涂層及其電泳沉積制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是石墨烯/電泳漆復合薄膜及其制備方法，應用于汽車、自動車、機電、家電等五金件的涂裝防腐，屬于防腐材料涂層制備技術領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯是由碳原子通過共價鍵結合而成的理想二維晶體，具有優異的力學、熱學和電學性能，在能量存儲材料、聚合物復合材料、液晶顯示器件和生化傳感器等方面都有潛在應用。同時，石墨烯穩定的SP2雜化結構可以阻止擴散滲透的進行，并具有很好的熱穩定性和化學穩定性，不論是在高溫條件下還是在具有腐蝕或氧化性的氣體、液體環境中均能保持穩定。
[0003]隨著常規噴涂的缺陷不斷浮現，電泳涂料開始變得越來越普及。電泳涂料作為一類新型的低污染、省能源、省資源、起作保護和防腐蝕性的涂料，具有涂膜平整，耐水性和耐化學性好等特點，容易實現涂裝工業的機械化和自動化，適合形狀復雜，有邊緣棱角、孔穴工件涂裝，被大量應用于汽車、自動車、機電、家電、五金件等的涂裝，利用率可達到百分之六十五左右。

【發明內容】

[0004]針對現有技術的不足，本發明的目的是提出一種氧化石墨烯增強的電泳漆復合涂層及其制備方法。這種復合涂層不但具有較好的防腐蝕性能，同時具有較高的力學性能。
[0005]為實現上述的目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]本發明提供一種氧化石墨烯/電泳漆復合涂層，是一種氧化石墨烯與電泳漆構成的均勻混合涂層，即采用混合鍍工藝制備復合涂層。
[0007]優選地，所述氧化石墨烯均勻分布在電泳漆涂層中，氧化石墨烯在復合涂層中的重量含量為大于O并小于等于30 %。
[0008]本發明提供一種上述氧化石墨烯/電泳漆復合涂層的電泳沉積制備方法，其具體制備步驟如下:
[0009]步驟一，采用金屬片作為陰極，鈦片作為陽極，分別垂直插入配制好的電泳漆/氧化石墨烯混合鍍液中；
[0010]步驟二，對上述電泳漆/氧化石墨烯混合鍍液進行電泳沉積；
[0011]步驟三，將沉積有電泳漆/氧化石墨烯薄膜的陽極取出，并沖洗干凈后，進行熱處理，而后冷卻到室溫，從而得到氧化石墨烯/電泳漆復合鍍層。
[0012]作為一個優選方式，所述電泳漆/氧化石墨烯混合鍍液，配置步驟如下:
[0013]步驟1.氧化石墨烯分散液的制備
[0014]氧化石墨烯溶液通過將石墨粉在低溫下進行強氧化的方法制備(該制備可以采用ZL201010264796.3中記載的方法，也可以采用其他方法)，最終得到均勻分散、濃度為0.lmg/L?lg/L的黃褐色氧化石墨稀溶液。
[0015]步驟2.電泳混合液的配制
[0016]將電泳漆黑漿、乳液、氧化石墨烯溶液和去離子水加入一容器中，氧化石墨烯的濃度為0.5-50mg/L，在室溫下用磁力攪拌，使溶液充分混合，電泳漆/氧化石墨烯混合鍍液的pH值為5.8?6.2。
[0017]作為一個優選方式，所述陰極，為低碳鋼片、或銅片或其它金屬片。陰極和陽極電泳沉積前都需要先經機械拋光，再經電解除油處理。
[0018]更進一步的，所述機械拋光，是指:使用砂紙分別對陽極、陰極金屬片進行打磨，消除表面氧化膜。然后利用拋光機進行機械拋光，從而達到鏡面效果。將經過機械拋光處理的陽極、陰極金屬片剪成切片，用丙酮、乙醇分別超聲清洗，去離子水超聲清洗，然后用去離子水清洗干凈，最后在烘箱中烘干。
[0019]更進一步的，所述電解除油處理，是指:配制氫氧化鈉溶液，并加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉，形成電解除油液，用鈦網作為陽極，經機械拋光處理的銅片(或低碳鋼片)和鈦片作為陰極，在恒定電流密度下電解除油，電解除油過程中利用磁子攪拌。然后取出陰極、陽極金屬片，用去離子水沖洗，在5?10%的HCl溶液中酸活化，中和電解除油液中的NaOH后，再用去離子水不斷沖洗去除表面殘留的溶質后，最后在烘箱中烘干備用。
[0020]作為一個優選方式，所述電泳沉積，具體參數為:電泳沉積在28_35°C的水浴中進行，在兩電極之間施加5-100V的直流電壓或脈沖電壓，電泳沉積時間為5s-15min，氧化石墨稀/電泳漆復合涂層膜厚為100nm-50 μπι。
[0021]作為一個優選方式，所述熱處理，是指在100-200 °C的烘箱中進行熱處理20-60min。100-200°C的熱處理，一方面對電泳漆進行固化，另一方面，可以對氧化石墨烯進行部分還原，進一步提高其力學、電學性能。
[0022]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0023]本發明提出氧化石墨烯增強的電泳漆復合涂層，氧化石墨烯不但可以提高電泳漆涂層的防腐性能，還提高漆膜的力學性能，尤其是漆膜的硬度，避免漆膜在使用過程中產生劃痕，改善漆膜涂層的外觀和使用壽命。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0025]實施例1
[0026]用本發明的方法在低碳鋼片上電泳沉積氧化石墨烯/電泳漆復合材料，包括以下步驟:
[0027]1.氧化石墨烯分散液的制備
[0028]首先，將1g粒度為325目的天然石墨粉和5g硝酸納置于三口燒杯中，在冰浴中冷卻至0°C，再往燒杯中緩慢地加入250mL濃硫酸，并充分攪拌30min，保證反應體系的溫度為5°C ;而后將一定量的高錳酸鉀分批次緩慢地加入其中，并不停地攪拌60min，同時保證體系溫度10°C ;經過攪拌之后移走冰浴，換用恒溫磁力攪拌器將體系溫度水浴加熱到30?40°C，攪拌反應2?4h后向其中緩慢加入去離子水，然后繼續攪拌I?3h后，再向體系中加入30wt.%雙氧水和30?50°C的去離子水，攪拌后得到亮黃色石墨懸浮液；將得到懸浮液進行超聲處理并且依次經歷過濾、酸洗(采用溫度為40?50°C的質量百分比為5?10%的稀鹽酸將濾餅反復洗滌3次)、離心和干燥(在50?70°C的真空干燥箱中干燥24h以上)等工藝后得到固體氧化石墨稀；將固體氧化石墨稀配成濃度為2?30mg/L的水溶液，超聲剝離Ih后，得到均勻分散的黃褐色的氧化石墨烯溶液。
[0029]2.電泳混合液的配制
[0030]將10g電泳漆黑漿、500g電泳漆乳液、和600g去離子水加入燒杯，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌24小時，使電泳液發生熟化。然后加入氧化石墨烯溶液，使氧化石墨烯在混合溶液中的濃度為1.5mg/L.
[0031]3.電泳沉積所用電極的制備:
[0032](I)機械拋光處理
[0033]使用砂紙打磨低碳鋼片和鈦片，消除表面氧化膜。然后利用拋光機進行機械拋光，從而達到鏡面效果。將經過機械拋光處理的低碳鋼片和鈦片剪成50mmX40mm的小片，用丙酮，乙醇分別超聲清洗5?lOmin，去離子水超聲清洗lmin，然后用去離子水清洗