[发明专利]一种边缘功能化石墨烯、其制备方法及用于制备防腐涂料的用途

说明书

本发明属于石墨烯的功能化及应用领域，涉及一种边缘功能化石墨烯、其制备方法及用于制备防腐涂料的用途。本发明的方法为采用氯酸盐、浓硫酸和双氧水体系对石墨烯进行功能化，得到羧基基团选择性修饰在完整结构的片层边缘的边缘功能化石墨烯；所得边缘功能化石墨烯单独成膜和/或与防腐涂料配方组分复合成膜，可制得边缘功能化石墨烯防腐涂料。本发明制备边缘功能化石墨烯的方法工艺简单、高效，不仅克服了石墨烯难以处理、容易堆积的难题，赋予了石墨烯溶液可加工性及可处理性，同时，避免了对石墨烯片层结构的破坏、实现了石墨烯片层结构及特性的保持，制得的边缘功能化石墨烯防腐涂料的防腐蚀效果好，适用范围广。

技术领域

本发明属于石墨烯的功能化及应用领域，涉及一种边缘功能化石墨烯、其制备方法及用于制备防腐涂料的用途，尤其涉及一种羧基基团选择性修饰在完整的石墨烯片层的边缘的边缘功能化石墨烯、其制备方法及用于制备边缘功能化石墨烯防腐涂料的用途。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。石墨烯材料可在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。鉴于石墨烯的难分散性及片层之间的相互堆叠难题，对石墨烯的功能化改性更是拓宽了石墨烯的工业应用潜力。氧化石墨烯(GO)是最典型的被广泛试验的边缘功能化石墨烯，片层上存在大量羧基、环氧基、羟基和羰基等官能团，这些基团可使得氧化石墨烯在溶液中具有较好的分散性。但是，在引入含氧官能团的同时，石墨烯片层本身具有的共轭结构遭到极大破坏，即使通过各种还原方法可在一定程度上去掉片层上的含氧基团，得到的还原氧化石墨烯(RGO)片层仍然具有大量不可修复的缺陷或孔洞(Kris Erickson,RolfErni,Zonghoon Lee,Nasim Alem,Will Gannett,Alex Zettl,Determination of theLocal Chemical Structure of Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide,Adv.Mater.2010,22,4467-4472)，使得氧化石墨烯和/或还原氧化石墨烯的特性与石墨烯本征的诸多优异的物化特性有很大差距。

涂料防腐以其简便、经济、适用、不受设备外形约束以及具有装饰效果等特点而在表面防护领域被广泛应用。由于石墨烯具有独特的由sp²杂化的碳原子构成的二维蜂窝状结构及优异的热稳定性和化学稳定性，石墨烯能在金属等材料表界面与活性物质间形成物理阻隔层，有效阻止气体或液体分子的扩散渗透，有潜力成为一种优异的保护涂层材料。目前，石墨烯已经应用到涂料防腐的某些方面，主要分为两种方法：(1)在涂料配方制备过程中直接使用石墨烯，然而，所使用的石墨烯难于分散，使得涂料制备方法繁琐、耗时长，以及导致所制备的涂料均一性、稳定性差；(2)在涂料配方制备过程中使用溶液可加工的氧化石墨烯或其衍生物，然而，由于氧化石墨烯或其衍生物具有大量无法修复的孔洞，其极大减低了石墨烯作为防腐涂层的有效性，而且涂料使用范围受到限制，如有的无法适用于海洋环境，有的无法用于高温环境。

CN 104445163 A公开了一种羧基化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：1.1制备氧化石墨烯悬浮液；1.2使用还原剂水合肼还原氧化石墨烯，制备石墨烯浑浊液；1.3将石墨烯悬浊液降温至70～80℃，加入氨基苯基酸与亚硝酸异戊酯的醇溶液，调节各组分的含量，然后加入强碱，在70～80℃油浴中冷凝回流24～48h，获得羧基化石墨烯的前驱体浑浊液；1.4用强酸调整pH至5～6得到酸性石墨烯的前驱体浑浊液；1.5将酸性羧基化石墨烯浑浊液中的固体物质用去离子水淋洗过滤至pH至6～7，得到含水羧基化石墨烯；1.6冷冻干燥，得到羧基化石墨烯粉末。但是，如前所述，使用的氧化石墨烯片层即使经过各种还原处理，本身具有大量不可修复的缺陷或孔洞，这极大制约了石墨烯在阻止气体或液体分子扩散渗透方面的应用。

发明内容