CN111217583B - 一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明涉及石墨烯材料领域，具体涉及一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法。涂层整体可作为阴极，同时涂层几乎全为无机物，无法提供微物生养份，同时利用涂层导电性通过加载阴极脉冲电流，配合船舶船底的独立阳极电极，可有效防止腐蚀的发生，同时石墨烯本身具有杀菌抑制微生物作用，可当作防污剂使用，同时脉冲电流的作用，可电解海水形成次氯酸有效杀灭微生物，抑制微生物附着，脉冲电流的作用还可以利用生物的趋利避害本能，有效赶跑海洋生物，杜绝船舶污损。

Description

一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及石墨烯材料领域，具体涉及一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法。

背景技术

船舶对于我们人类生活来说已经是一件很重要的设备，它在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。自从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展到使用机器驱动。

海洋环境非常严酷且具有强腐蚀性，会对近海和远洋设施造成严重的损害，因此，海洋腐蚀与防护已成为全球关注的重点领域之一。腐蚀不仅降低船体及设备的强度，缩短船舶的使用寿命，而且使船舶技术性能下降、危及船舶的使用安全，严重时还会造成海损事故。船舶修理需投入大量的人力、物力、财力及时间，这不仅严重影响了船舶的在航率，而且更直接地影响了船舶全寿命周期内的经济性。因此，对船舶进行有效的腐蚀防护是至关重要。

对于一直运作于海上的设备来说，海洋中有许多生物会附着于船底和海洋水下设施，这些附着生物对船舶和海洋水下设施危害巨大，它们显著增加船体质量(平均高达20kg/m2)，增大航行阻力，影响船舶航速，从而增加燃料消耗。据报道，船底表面每增加10μm粗糙度，燃料损耗将增加1％，而且附着生物会加速船舶腐蚀，增加进场维修次数。附着生物对海洋钻井平台、海水管道、声纳罩等海洋设施也带来严重影响。在防止海生物污损的方法中，使用防污涂料是最广泛和有效的手段。

历史证明海上设备早期采用的防污涂料大都含有汞、砷、锡、铜、锰等具有毒性的化合物，对于海洋环境具有很大的破坏性。

对无毒防污漆的研究，是当今海洋科技中亟待解决的重大技术课题之一。它的研发直接关系到海洋经济发展和海洋环境保护，许多临海国家为此都不惜投入巨资。

如国家海洋二所林茂福研究员领衔研制开发的无污染海上船用防污涂料——“辣素防污漆”涂料，实验是在7艘不同吨位船舶在太平洋、南海等不同海区进行中发现，研制的辣素漆对抑制船底危害最大、出现频率最高的海洋生物藤壶有特效，对其它污损生物也有效，但存在施工时刺激性太强，同时防污期效取决于辣椒素的释放速率，释放快了，有效期短，释放慢了，防污效果不好，总体防污期限3年左右。随着环保要求的日益增强,不含防污剂的防污涂料的研究正在进行中,并取得较大的进展。

随着人们对环保要求的提高，有毒的防污涂料必将被淘汰，开发出无毒而又能满足各类船舶设施需要的防污涂料是最终目标。近30年来，西方发达国家投入大量人力、物力、财力，开发无毒防污涂料。目前，开发新型无毒防污涂料的途径主要有以下两个方面：一是寻找防污高分子材料，改变涂料中的树脂性质，使海生物附着不牢，如降低涂料表面的自由能，或改变涂层表面的物理化学性能；二是寻找无毒的防污剂，在不破坏环境的前提下防止生物附着。

因此，根据现今状况对于新型自抛光防污涂料的研究是很有意义的，可以给海上设备特别是船舶的使用带来超价值的效益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法。

石墨烯改性纳米涂料的重量百分比组成是：

石墨烯改性纳米涂料的制备方法如下：

步骤1：称取配方量的硅酸钾与纳米硅溶胶预热70度反应半小时至一小时，直至透明为止，纳米硅溶胶待硅酸钾温度达到70度以后滴加；

步骤2：再滴加低分子聚硅氧烷，继续保温一小时直至反应完成形成透明稳定的溶液备用；

步骤3：称取水性石墨烯浆、碳纳米管边搅拌边加入上述溶液，后加入铁红砂磨至细度小于30微米出料备用；

步骤4：再称取分散剂加入第3步半成品中，搅拌均匀后加入配方量四角针状氧化锌、天然片状氧化铁，充分分搅拌均匀；

步骤5：称取配方量的有机硅乳液，将第4步形成半成品边搅拌边加入的方式混合均匀，最后加入配方量3％三氧化二硼溶液，即得成品A组份；

步骤6：B组份即为锌粉，锌粉作为固化剂使用时与A组份混合搅拌均匀即可使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：涂层整体可作为阴极，同时涂层几乎全为无机物，无法提供微物生养份，同时利用涂层导电性通过加载阴极脉冲电流，配合船舶船底的独立阳极电极，可有效防止腐蚀的发生，同时石墨烯本身具有杀菌抑制微生物作用，可当作防污剂使用，同时脉冲电流的作用，可电解海水形成次氯酸有效杀灭微生物，抑制微生物附着，脉冲电流的作用还可以利用生物的趋利避害本能，有效赶跑海洋生物，杜绝船舶污损。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(一)防腐防污涂料配方一

(二)制备方法

步骤1：称取配方量的硅酸钾与纳米硅溶胶预70度反应半小时至一小时，直至透明为止，纳米硅溶胶待硅酸钾温度达到70度以后滴加。

步骤2：再滴加入低分子聚硅氧烷，继续保温一小时直至反应完成形成透明稳定的溶液备用。

步骤3：称取石墨烯浆、碳纳米管边搅拌边加入上述溶液，后加入铁红砂磨至细度小于30微米出料备用。

步骤4：再称取分散剂加入第3步半成品中，搅拌均匀后加入配方量四角针状氧化锌、天然片状氧化铁，充分分搅拌均匀。

步骤5：称取配方量的有机硅乳液，将第4步形成半成品边搅拌边加入的方式混合均匀，最后加入配方量的3％三氧化二硼溶液，即得成品A组份。

步骤6：B组份即为锌粉，锌粉作为固化剂使用时与A组份混合搅拌均匀即可使用。

实施例2

(一)防腐防污涂料配方二

(二)制备方法

制备方法与实例1相同，故不再赘述。

实施例3

(一)防腐防污涂料配方三

(二)制备方法

制备方法与实例1相同，故不再赘述。

实施例4

(一)防腐防污涂料配方四

(三)制备方法

制备方法与实例1相同，故不再赘述。

将实例1—4制得的防腐防污涂料涂在A3钢上，并用未涂涂料的A3钢作为空白，用电化学测塔菲尔极化曲线方法得其腐蚀电位和腐蚀电流，测试结果如表一

表一塔菲尔极化曲线测试结果

将实例1-4已涂好防腐防污涂料的45^#钢板，通电并经过海生物生长的旺季，挂板实验防污效果如表二：

防污性：海水中污染面积的百分数。

1、本发明配方体系中含有四角针状氧化锌，石墨烯与碳纳米管，碳纳米管线，石墨烯及天然片状氧化铁加强涂层致密抗渗透性，三氧化二硼，硅溶胶及聚硅氧烷与硅酸钾：其中四角针状氧化锌可形成更多的更强的脉冲电流及磁场，使微物生躲避绕开，同时涂层耐盐雾腐蚀性能提高；石墨烯与碳纳米管作为导电增强剂，提高涂层的导电性，降低电流消耗，同时碳纳米管起到导线作用，保证每个氧化锌颗粒带电形成脉冲；碳纳米管线可增加涂层机械性能，抗裂抗冲击；石墨烯及天然片状氧化铁加强涂层致密抗渗透性，提高涂层耐浸泡性能及盐雾性能，同时提高涂层机械性能。三氧化二硼有效加强涂层交联密度，提高耐水性；硅溶胶及聚硅氧烷与硅酸钾预先反应，提高成膜物质模数，提高耐水性。

本发明仅仅提供了一种石墨烯改性纳米涂料及其制备方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种石墨烯改性纳米涂料，其特征在于，石墨烯改性纳米涂料的重量百分比组成是：

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纳米涂料，其特征在于：四角针状氧化锌的粒度为600-800目。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纳米涂料，其特征在于：三氧化二硼溶液中三氧化二硼的质量百分比为3％。

4.根据权利要求3所述的一种石墨烯改性纳米涂料的制备方法如下：

步骤1：称取配方量的硅酸钾与纳米硅溶胶预热70度反应半小时至一小时，直至透明为止，纳米硅溶胶待硅酸钾温度达到70度以后滴加；

步骤2：再滴加低分子聚硅氧烷，继续保温一小时直至反应完成形成透明稳定的溶液备用；

步骤3：称取水性石墨烯浆、碳纳米管边搅拌边加入上述溶液，后加入铁红砂磨至细度小于30微米出料备用；

步骤4：再称取分散剂加入第3步半成品中，搅拌均匀后加入配方量四角针状氧化锌、天然片状氧化铁，充分搅拌均匀；

步骤5：称取配方量的有机硅乳液，将第4步形成半成品边搅拌边加入的方式混合均匀，最后加入配方量3％三氧化二硼溶液，即得成品A组份；

步骤6：B组份即为锌粉，锌粉作为固化剂使用时与A组份混合搅拌均匀即可使用。