[发明专利]一种包含石墨烯基复合防腐材料的防腐涂料

说明书

本发明提供一种包含石墨烯基复合防腐材料的防腐涂料，本发明制得的由石墨烯/聚苯胺和石墨烯/CeO₂组成复合材料的防腐涂料可以起到电化学防腐和物理防腐双重功效，耐盐雾性高达1000小时以上。

技术领域

本发明涉及防腐材料领域，具体涉及一种包含石墨烯基复合防腐材料的防腐涂料。

背景技术

金属腐蚀和失效问题，遍及国民经济的各个领域，包括交通运输、建筑、冶金、化工、机械和海洋开发等。只要有金属存在的地方，就存在不同程度的腐蚀问题，所以金属的腐蚀防护成为当今材料工程领域急需解决的课题。有研究报告指出，早在1975年美国的金属腐蚀损失高达700亿美元，这一比值占到国民经济生产总值的4.2％。据2003年我国发表的腐蚀调查报告，我国近年来的年腐蚀损失约为5000亿美元，约占国民生产总值的5％。

为了防止金属腐蚀，通常在金属表面涂覆防腐蚀涂料，以隔绝腐蚀介质与金属表面接触，从而达到防腐效果。防腐填料是防腐涂料中的关键成分，然而，目前防腐填料大都为金属或金属化合物，其含有六价的铬、铅等重金属，存在着成本高、防腐周期短和重金属污染等问题，其应用也受到严格的限制。聚苯胺因其具有原料易得、合成简单、无污染等诸多优点，已成为新一代友好型的高效防腐填料。然而，聚苯胺由于其分子的极性和刚性都较强，其分散性和黏附性差，涂膜附着力不好，难加工，容易形成缺陷，用纯聚苯胺作为防腐填料，防腐涂层综合性能往往很不理想，这严重制约聚苯胺的推广和应用。2011年，有报道指出CVD生长的单层石墨烯可以用于金属防护，但该法生产成本和对设备的要求较高，并且石墨烯结构中存在的缺陷使得腐蚀介质能够浸入涂层使其表面产生裂纹，从而加速腐蚀的进行，只能起到短期的防腐作用。另一种有效利用石墨烯物理阻隔性能的方法，是将石墨烯或改性石墨烯与成膜性能优良的有机聚合物进行复合，石墨烯作为二维纳米填料可进一步提高有机涂层的耐腐蚀性能。

石墨烯烯的高比表面积和强疏水性使得其在应用和储存方面受到了很大制约，因此对石墨烯进行表面修饰成为石墨稀材料研究的主要课题。石墨烯基复合材料的研究得到了科研工作者更多的重视，这主要是因为石墨稀具有很强的电子传输性，它能够增强甚至改变导电聚合物或金属氧化物的导电性能，而且石墨烯优异的力学性能能够提高这些材料的强度，扩大其在材料领域的应用面。近几年来，石墨稀在防腐烛方面的应用也开始被人们所关注，但相关研究主要都集中在通过法将石墨稀直接沉积在铜、镍等少数金属的表面来展幵的研究，这不仅限制了石墨烯的应用范围，同时所需的设备复染，造价昂贵，不适合大规模的应用

针对现有技术的不足，本发明利用石墨稀的优异性能对其他防腐材料进行改性，合成石墨烯基复合材料，再将复合材料混合制成防腐效果更好的石墨烯基复合材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种石墨烯基防腐材料，其由石墨烯/聚苯胺和石墨烯/CeO₂组成，二者的质量比例为1:1～10:1。

本发明另一方面提供一种上述石墨烯基防腐材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)氧化石墨的制备

在-20℃下，向浓硫酸中依次加入石墨粉、硝酸钾和高锰酸钾，搅拌均匀后在0～20℃下反应4～6小时，然后加入去离子水，并加热至70～90℃继续搅拌10～20分钟，再加入双氧水使溶液变为亮黄色，趁热过滤，并用 1％HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，最后将滤饼充分干燥；

(2)氧化石墨烯-聚苯胺复合材料制备

将步骤(1)制备的氧化石墨加入到一定量蒸馏水中，超声10～15分钟，得到氧化石墨烯溶液，然后加入苯胺的盐酸溶液，搅拌过程中再加入过硫酸铵的盐酸溶液，反应结束后抽滤，滤饼经洗涤、干燥后得到氧化石墨烯- 聚苯胺复合材料。

(3)氧化石墨烯/CeO₂复合材料的制备