[发明专利]一种功能化氧化石墨烯防腐涂层及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种功能化氧化石墨烯防腐涂层及其制备工艺，其特征在于：采用改性氧化石墨烯、无机纳米粒子、成膜物质等制备防腐涂料，通过涂刷的方法将涂料均匀地刷涂到待防腐金属表面上形成性能优异的防腐涂层。主要步骤如下：(1)将制备的氧化石墨烯进行功能化改性；(2)将功能化氧化石墨烯溶于有机溶剂中，超声分散得到均匀的氧化石墨烯分散液；(3)加入无机纳米粒子超声分散；(4)加入成膜物质搅拌一定时间后滴入一定量的表面改性剂和固化剂以降低涂层的表面能，适量消泡剂除去溶液中的气泡；(5)停止搅拌，静置，采用刷涂的方法均匀地刷涂到处理后的金属板上，室温固化，即可形成具有优异防腐性能的涂层。该制备工艺简单、操作方便，防腐效率高。

技术领域

本发明属于石墨烯防腐涂料的合成制备技术领域，涉及一种功能化氧化石墨烯防腐涂层及其制备工艺。

背景技术

石墨烯具有优异的导电性能、力学性能、热稳定性与屏蔽效应，可充当功能性填料，以增强涂料的性能。石墨烯作为防腐的功能性填料有以下几点优势：(1)小尺寸效应，纳米级小尺寸可以使其填充到涂层内的孔洞、缺陷；(2)比表面积大，石墨烯属于片层结构，具有较大的比表面积，可形成一个个大的屏障，效果高于云母鳞片；(3)阻隔性能优异，石墨烯是由多个碳原子六元环构成，具有稳定的共轭结构，不亲水也不亲油，可抵御外界的腐蚀物质渗透到金属表面，但是，当涂层出现缺陷时，石墨烯的导电性反而促进金属腐蚀。石墨烯作为防腐的功能性填料也有一些缺点：(1)石墨烯的分散性不好，在涂层中易形成缺陷；(2)石墨烯、金属之间可能存在电子转移；(3)石墨烯与其他聚合物的相容性较差；这些缺点也限制了其在很多领域的应用。所以为更好的利用石墨烯的屏蔽效应，对其进行功能化改性是很有必要的。相比于石墨烯，氧化石墨烯多了一些含氧官能团，而含氧官能团正好可以作为反应的活性位点，利用小分子物质对氧化石墨烯进行功能化改性，一方面可以提高氧化石墨烯的分散性，使其在涂层中得以均匀的分布；另一方面通过含氧基团接枝对苯二胺等可以降低其导电性，防止腐蚀的发生。此外，无机纳米粒子的加入也可以提高涂层的疏水性、抗污染性，进而提高防腐性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散性良好的功能化氧化石墨烯防腐涂层及其制备方法。

本发明的技术方案如下：首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后用对苯二胺通过水热回流的方法对其进行接枝改性，将得到的产物溶于甲醇溶液中，同时加入聚乙烯醇缩丁醛、二氧化硅和二氧化钛无机纳米离子、聚二甲基硅氧烷配置成溶液，搅拌一定时间，静置除泡后，采用刷涂的方法均匀地涂到金属板上，室温固化一天，就可得到防腐优良的涂层。

本发明的主要创新点如下：用小分子物质对氧化石墨烯接枝改性以提高其在聚合物中的分散性，再与无机纳米粒子二氧化硅、二氧化钛等结合，协同作用防腐，同时与聚二甲基硅氧烷预聚物等相互作用降低涂层的表面能，共同提高涂层的防腐性能。

本发明方法中制备功能化氧化石墨烯的方法如下：以石墨粉为原料，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，配制一定浓度的氧化石墨烯水溶液，采用超声分散一定时间，之后加入对苯二胺，在碱性条件下，一定温度时搅拌回流一定时间，最后抽滤、清洗、冷冻干燥即得到功能化的氧化石墨烯。

本发明方法中功能化氧化石墨烯防腐涂料的制备过程如下：将得到的功能化的氧化石墨烯溶于甲醇溶液中，水浴超声一定时间；再加入聚乙烯醇缩丁醛、二氧化硅、二氧化钛、聚二甲基硅氧烷，连续搅拌较长即得到防腐涂料。

本发明方法中功能化氧化石墨烯防腐涂层的制备过程如下：采用刷涂的方法将上述防腐涂料刷涂到已经处理后的金属板上，室温下固化24小时，就可在金属表面得到防腐性能优异的涂层。

本发明所用的试剂和材料：石墨粉、高锰酸钾、硝酸钠、浓硫酸、稀盐酸、双氧水、对苯二胺、氨水，均为分析纯，无机纳米粒子二氧化硅、二氧化钛，聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷预聚物、油性涂料用消泡剂B-457。

附图说明

图1为制备涂层的防腐机理图。