CN110437662A - 一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，包括如下步骤：1)在基体表面喷涂石墨烯‑多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯‑多孔钴酸镧复合材料的薄膜；2)在基于石墨烯‑多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；石墨烯‑多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯‑多孔钴酸镧复合材料30‑40份、环氧树脂10‑20份、溶剂40‑50份，分散剂2‑3份、固化剂10‑20份；低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯10‑15份、环氧树脂20‑30份，呋喃树脂3‑5份碳粉1‑2份，铁粉10‑20份，溶剂30‑35份，分散剂0.3‑0.5份、固化剂1‑5份、流平剂1‑3份；该方法制得涂料能够有效抑制海洋生物附着，可以应用于海洋防污涂料领域。

Description

一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法。
背景技术
防腐涂料，是阻隔周围环境和金属基体接触的介质，能有效避免金属基体的锈蚀。近年来，随着开发海洋资源的力度不断加强，重防腐涂料已成为涂料领域的重要的研发方向。
在海洋、工业等苛刻的腐蚀环境中通常采用三层重防腐体系，即底漆、中间漆和面漆，每一层漆膜的特性不同，其在体系中的作用就有区别，中间漆连接底漆和面漆，在体系中起阻隔和增加涂层整体厚度的作用，能有效延长涂层体系的寿命。
现有的防腐涂料种类超过1000种，目前的常见的防腐涂料有环氧树脂涂料、酚醛环氧涂料、聚氨酯防腐涂料等。常用的防腐涂料通常采用树脂为基料，添加片层结构的填料作为主要的阻隔物质，再以其他填料进行填充，使涂层增厚。如云母氧化铁中间漆，环氧玻璃鳞片中间漆，环氧厚浆漆等等。
石墨烯具有超高的强度、韧性和屏蔽性，对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对金属材料的防腐蚀功能，将石墨烯运用在超防腐粉末涂料中成为研究重点之一。
但是，目前石墨烯的各类合成技术都已经成熟，关键是石墨烯材料难以在基体中分散，是制约其大规模应用的难点，具体原因如下：1、片状结构；
2、分子间力单层石墨烯层间的范德华力很大，外来物质和外来力很难打开，因此难以分散在聚合物中，要采用各种方法降低分子间的范德华力。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法。
本发明所采用的技术方案是这样的，一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，包括如下步骤：
1)在基体表面喷涂石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜；
2)在步骤1)所得到的基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯-多孔钴酸镧复合材料30-40份、环氧树脂10-20份、溶剂40-50份，分散剂2-3份、固化剂10-20份；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的制备方法包括如下步骤：
(a)配制镧和钴的硝酸盐溶液并加入柠檬酸得到镧钴-柠檬酸混合溶液；
(b)将步骤(a)中的镧钴-柠檬酸混合溶液与氧化石墨烯按质量比为1:0.10-0.12混合，搅拌均匀并于200-220℃下水热反应28-32h得到石墨烯-多孔钴酸镧复合材料；
所述的低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯10-15份、环氧树脂20-30份，呋喃树脂3-5份碳粉1-2份，铁粉10-20份，溶剂30-35份，分散剂0.3-0.5份、固化剂1-5份、流平剂1-3份。
优选地，所述的镧、钴硝酸盐溶液和柠檬酸的混合溶液中，硝酸镧、硝酸钴和柠檬酸的摩尔配比为1:1:1.3-1.5。
优选地，所述溶剂为丙酮、乙醇、异丙醇或正丁醇；
优选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙二醇或聚乙烯醇；
优选地，所述固化剂为聚酰胺、乙二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺。
优选地，所述的硫平剂为聚醚改性硅氧烷流平剂GSK－634或有机硅流平剂GSK-682。
优选地，所述的碳粉粒径为300-500目。
优选地，所述的铁粉粒径为50-200目。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将石墨烯复合成大比表面积、多尺度孔道结构的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料，提高石墨烯在树脂基体中的分散稳定性，涂覆基体表面增强涂层物理阻隔能力，提高涂层的力学性能，附着力和防腐等性能，延长涂层对基体的保护时间，另外，形成具有一定粗糙度的表面，利于低表面性能涂料层的修饰，达到了长效防污的目的。
2、本发明低表面性能涂料层含有碳粉和铁粉与海水中含有氯化钠组成一个原电池放电，然后由于没有正负极，电子无法分正负电子导出，直接形成短路，从而产生热量，从而抑制海生物在涂层表面粘附，达到长效防污的目的。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，包括如下步骤：
1)在基体表面喷涂石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜；
2)在步骤1)所得到的基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯-多孔钴酸镧复合材料30份、环氧树脂20份、丙酮40份，聚乙烯吡咯烷酮2份、乙二胺10份；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的制备方法包括如下步骤：
(a)配制镧和钴的硝酸盐溶液并加入柠檬酸得到镧钴-柠檬酸混合溶液；所述的硝酸镧、硝酸铁和柠檬酸的摩尔配比为1:1:1.3；
(b)将步骤(a)中的镧钴-柠檬酸混合溶液与氧化石墨烯按质量比为1:0.10混合，搅拌均匀并于200-220℃下水热反应28-32h得到石墨烯-多孔钴酸镧复合材料；
所述的低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯12份、环氧树脂25份，呋喃树脂3份300-500目碳粉2份，50-200目铁粉15份，丙酮30份，聚乙烯吡咯烷酮0.3份，乙二胺5份、聚醚改性硅氧烷流平剂GSK－6342份。
实施例2
一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，包括如下步骤：
1)在基体表面喷涂石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜；
2)在步骤1)所得到的基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯-多孔钴酸镧复合材料35份、环氧树脂15份、异丙醇45份，聚乙二醇2份、乙二胺15份；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的制备方法包括如下步骤：
(a)配制镧和钴的硝酸盐溶液并加入柠檬酸得到镧钴-柠檬酸混合溶液，硝酸镧、硝酸钴和柠檬酸的摩尔配比为1:1:1.4。
(b)将步骤(a)中的镧钴-柠檬酸混合溶液与氧化石墨烯按质量比为1:0.11混合，搅拌均匀并于200-220℃下水热反应28-32h得到石墨烯-多孔钴酸镧复合材料；
所述的低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯15份、环氧树脂22份，呋喃树脂3份300-500目碳粉1.5份，50-200目铁粉15份，异丙醇30份，聚乙二醇0.4份、乙二胺2份、聚醚改性硅氧烷流平剂GSK－6342份。
实施例3
一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，包括如下步骤：
1)在基体表面喷涂石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜；
2)在步骤1)所得到的基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯-多孔钴酸镧复合材料40份、环氧树脂20份、正丁醇45份，聚乙烯吡咯烷酮2份、聚酰胺20份；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的制备方法包括如下步骤：
(a)配制镧和钴的硝酸盐溶液并加入柠檬酸得到镧钴-柠檬酸混合溶液，硝酸镧、硝酸钴和柠檬酸的摩尔配比为1:1:1.5。
(b)将步骤(a)中的镧钴-柠檬酸混合溶液与氧化石墨烯按质量比为1:0.12混合，搅拌均匀并于200-220℃下水热反应28-32h得到石墨烯-多孔钴酸镧复合材料；
所述的低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯15份、环氧树脂28份，呋喃树脂4.5份300-500目碳粉1份，50-200目铁粉20份，正丁醇35份，聚乙烯吡咯烷酮0.5份、聚酰胺5份、聚醚改性硅氧烷流平剂GSK－6342份。
经测试，实施例1-3的石墨烯复合材料改性海洋防污涂料性能测试指标如表1所示：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在基体表面喷涂石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，形成基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜；
2)在步骤1)所得到的基于石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的薄膜上喷涂低表面性能涂料层；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的分散液，按重量份计包括以下组分：石墨烯-多孔钴酸镧复合材料30-40份、环氧树脂10-20份、溶剂40-50份，分散剂2-3份、固化剂10-20份；
所述的石墨烯-多孔钴酸镧复合材料的制备方法包括如下步骤：
(a)配制镧和钴的硝酸盐溶液并加入柠檬酸得到镧钴-柠檬酸混合溶液；
(b)将步骤(a)中的镧钴-柠檬酸混合溶液与氧化石墨烯按质量比为1:0.10-0.12混合，搅拌均匀并于200-220℃下水热反应28-32h得到石墨烯-多孔钴酸镧复合材料；
所述的低表面性能的涂料层，按重量份计包括以下组分：氟四氟乙烯10-15份、环氧树脂20-30份，呋喃树脂3-5份碳粉1-2份，铁粉10-20份，溶剂30-35份，分散剂0.3-0.5份、固化剂1-5份、流平剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述的镧、钴硝酸盐溶液和柠檬酸的混合溶液中，硝酸镧、硝酸钴和柠檬酸的摩尔配比为1:1:1.3-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、乙醇、异丙醇或正丁醇。
4.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚乙二醇或聚乙烯醇。
5.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺、乙二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺。
6.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述的硫平剂为聚醚改性硅氧烷流平剂GSK－634或有机硅流平剂GSK-682。
7.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述的碳粉粒径为300-500目。
8.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯复合材料改性海洋防污涂料的方法，其特征在于，所述的铁粉粒径为50-200目。
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