[发明专利]一种聚苯胺石墨烯纳米复合防腐涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防腐涂料，特别是涉及一种聚苯胺石墨烯纳米复合防腐涂料及其制备方法，属于材料合成与涂料制备工艺技术领域。

背景技术

金属腐蚀是指金属材料表面和环境发生化学与电化学反应而使材料的性能下降。金属腐蚀会造成巨大的损失，最简单最有效的防腐蚀手段之一就是在金属表面涂覆一层防腐蚀涂层，使得金属表面与环境有一层屏障。目前，全球防腐涂料市场的需求正在快速增长，特别是在石油天然气行业、电力行业、工业领域以及基础建设等领域。

自从1985年DeBerry报道了在不锈钢上电化学聚合的聚苯胺膜具有钝化作用以后，聚苯胺防腐蚀的研究报道不断涌现。目前，国外已有产业化的商品报道。国内湖南本安亚大新材料有限公司现已形成聚苯胺防腐涂料的生产能力，成为国内最早的聚苯胺防腐涂料生产和销售企业。聚苯胺是一种新型的防腐蚀材料，可以使金属表面发生钝化现象，在金属表面生成了稳定的氧化物；与金属形成化合物，使其氧化电位上升，抑制氧化反应发生；产生一个方向与电子传递方向相反的电场，阻碍电子向氧化物质传递；形成一层聚合物屏障，实现物理屏蔽与阻隔。聚苯胺的上述性质表明，其防腐蚀机理主要为化学腐蚀，可以替代有毒的重金属铬系和铅系防腐蚀填料添加到防腐涂料中发挥作用。

中国专利CN104449340A公布了一种使用聚苯胺乳液，并加入一系列的颜填料配制为水性高韧性防腐涂料。然而，其颜填料中含有重金属重铬酸盐，会对环境造成一定的损害；另外，其配方含有盐酸，氯离子的存在会带来金属点蚀的风险。中国专利CN104293075A采取了微乳液法制备聚苯胺，随后再向所得的聚苯胺微乳液加入甲基丙烯酸甲酯，聚合反应后得到改性聚苯胺胶乳，最后混合环氧树脂、水、各种助剂。微乳液法得到的聚苯胺为纳米级别，易于分散。然而微乳液法需要大量的表面活性剂，后者需要长时间清洗去除，否则会对漆膜性能造成影响；用聚甲基丙烯酸甲酯改性聚苯胺，可以提高后者对溶剂、环氧树脂的相容性，但多次的聚合反应，步骤相对繁复。

石墨烯具有独特的性能，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。石墨烯是一种由sp²杂化碳原子组成的二维晶体材料，具有略微波浪状的层式结构，被认为是组成石墨、碳纳米管、富勒烯等同素异形体的基本组成单元。石墨烯的石墨烯的强度高达130GPa，是迄今发现的力学性能最好的材料之一，其热导率达5000W/(m·K)，是良好的导热体。石墨烯独特的载流子特性，使其电子迁移率达到2×10⁵cm2/(V·S)，超过硅100倍，且几乎不随温度变化而变化。石墨烯热稳定性好、导电性优异、硬度高等优点使其在涂料中获得应用，并取得了较好的应用效果。有研究(Prasai D,Tuberquia J C,Harl R R,et al.Graphene:corrosion‐inhibiting coating.ACS Nano,2012,6(2):1102‐1108.)表明使用化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜，可使金属腐蚀减慢20倍。研究人员(Yu,Y.H.,et al.,High‐performance polystyrene/graphene‐based nanocomposites with excellent anti‐corrosion properties.Polymer Chemistry,2014.5(2):p.535‐550.)采用原位乳液聚合法将经对苯二胺/4‐乙烯基苯甲酸改性的氧化石墨烯(pv‐GO)添加到聚苯乙烯(PS)中得到pv‐GO/PS纳米复合材料并制成涂料。与纯聚苯乙烯相比，涂膜防腐蚀效率由37.90％提高到99.53％。可见，若将石墨烯用作防腐填料，会比云母粉、铝粉、玻璃鳞片等传统填料提供更优秀的物理屏蔽性能。基于上述对于聚苯胺与石墨烯的描述，可以认为两者的协同作用，可向漆膜同时提供优秀的物理与化学防腐蚀性能。