CN113045958A - 一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用，其中，所述石墨烯基海洋防腐涂料按照重量份计包括：1‑30份的石墨烯基填料，10‑95份的高分子聚合物以及1‑10份的固化剂。本发明通过在防腐涂料的基础上添加石墨烯基填料来制备得到石墨烯基海洋防腐涂料，制得的防腐涂料不仅具有屏蔽效应和防腐性能，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防污和防腐性能超过现有的防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、海洋交通运输等领域的涂装保护。且石墨烯基填料作为新型碳系材料，自身无毒，对环境无污染，而且其本身展现出良好的抗菌性能。

Description

一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用。

背景技术

防治海洋腐蚀与生物污损可以采用涂料防腐防污技术。涂料防腐防污技术，是指通过涂料涂层将海洋装置外层与腐蚀性的海水等外部环境隔离开来达到防腐的作用，并通过防污剂的渗出对附着生物进行毒杀达到防污目的，是目前最普遍、最经济的海洋防腐蚀和生物污损技术。但现有防护涂层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了涂层的性价比，而且相当一部分涂层因含铅、锌或铬酸盐等重金属或有机杀菌剂等毒性物质，造成环境污染及海洋生物的大量死亡、破坏生态平衡，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用，旨在解决现有防腐涂料防腐性能差以及易造成环境污染的问题。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯基海洋防腐涂料，其中，按照重量份计包括：1-30份的石墨烯基填料，10-95份的高分子聚合物以及1-10份的固化剂。

所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其中，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。

所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其中，所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种。

所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其中，所述固化剂为双氰胺。

一种石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法，其中，包括步骤：

按重量份计将1-30份的石墨烯基填料与10-95份的高分子聚合物混合，制得浆料；

向所述浆料中加入1-10份的固化剂并搅拌，制得所述石墨烯基海洋防腐涂料。

所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其中，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。

所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其中，所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种。

所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其中，所述固化剂为双氰胺。

一种石墨烯基海洋防腐涂料的应用，其中，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层。

所述石墨烯基海洋防腐涂料的应用，其中，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层，包括步骤：

将所述石墨烯基海洋防腐涂料涂抹到所述船舶的海水接触面；

在70-90℃条件下对所述石墨烯基海洋防腐涂料进行烘烤2-4h，得到防腐涂层。

有益效果：本发明通过在防腐涂料的基础上添加石墨烯基填料来制备得到石墨烯基海洋防腐涂料，制得的防腐涂料不仅具有屏蔽效应和防腐性能，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防污和防腐性能超过现有的防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、海洋交通运输等领域的涂装保护。且石墨烯基填料作为新型碳系材料，自身无毒，对环境无污染，而且其本身展现出良好的抗菌性能。

附图说明

图1为本发明一种石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种石墨烯基海洋防腐涂料及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有防腐涂料对海洋内金属基体的腐蚀防护作用较差，并且相当一部分涂层因含铅、锌或铬酸盐等重金属或有机杀菌剂等毒性物质而易造成环境污染。

基于此，本发明提供提供了一种石墨烯基海洋防腐涂料，其按照重量份计包括：1-30份的石墨烯基填料，10-95份的高分子聚合物以及1-10份的固化剂。

具体来讲，涂层防护作为金属防腐蚀和污损最常见的措施，由于涂覆物自身的结构缺陷以及涂覆层长时间的使用和剐蹭而导致的部分脱落，会使被保护的海洋装备设施暴露在海洋环境中而发生腐蚀。因此，开发长效海洋装备防污防腐蚀涂料成为当前一个重要的课题。腐蚀的本质是一个电化学过程，利用电化学技术如牺牲阳极方法进行金属材料防护在海洋固定与移动装备防腐上都应用非常广泛，但这会消耗阳极金属，特别是在移动海洋装备如船舶还会增加重量。另一方面可以利用电解海水产生次氯酸钠毒杀海洋装备上附着的微生物达到防污目的，然而这需要提供电源及裸露海洋装备金属层或具有导电层与海水接触。光生阴极保护技术，通过半导体光生电子的迁移使被保护金属表面成为阴极而阻止其腐蚀的发生，因其对环境无污染，成本低，不消耗电能，而且保护过程中无损耗等优点，在海洋装备和设施防污防腐蚀领域受到广泛的关注。因此很有必要开发新型海洋防腐防污涂料，利用涂层防护实现海洋防腐防污。

本发明通过在防腐涂料的基础上添加石墨烯基填料来制备得到石墨烯基海洋防腐涂料，制得的防腐涂料不仅具有屏蔽效应和防腐性能，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防污和防腐性能超过现有的防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、海洋交通运输等领域的涂装保护。且石墨烯基填料作为新型碳系材料，自身无毒，对环境无污染，而且其本身展现出良好的抗菌性能。

石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨烯因其sp2杂化的C-C结构而具有很好的热稳定性、化学稳定性和宽的电化学窗口，不论是在高温条件下(可高达1500℃)，还是在具有腐蚀或氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定。在铜和镍的表面涂上石墨烯的试验证明，用化学气相沉积培育时，在加氧硫酸钠(Na₂SO₄)的溶液中，铜的腐蚀速度减慢7倍，镍的腐蚀速度慢4倍。另外，石墨烯良好的导电、导热性能对金属服役的环境提供了有利条件。石墨烯还是目前为止最薄的材料，其对基底金属的影响可以忽略不计。同时，石墨烯还兼具高的强度和良好的摩擦学性能，不仅能提高导电性或耐盐雾性能，还能进一步降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升涂料的耐磨性。利用石墨烯抗腐蚀的性能，研制石墨烯基海洋防腐防污涂料具有广阔的市场前景和重要的现实意义。

本发明以1-30份的石墨烯基填料，10-95份的高分子聚合物以及1-10份的固化剂作为原材料构建新型石墨烯基复合材料，可以将涂层防护、新型电化学防护等多种防腐防污途径有机结合，功能一体化，实现协同防腐防污，从而研制出工程应用性好的多元协同的环保型海洋防腐防污涂料。

在一些实施方式中，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述固化剂为双氰胺，但不限于此。

在一些实施方式中，还提供一种石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法，如图1所示，其包括步骤：

S10、按重量份计将1-30份的石墨烯基填料与10-95份的高分子聚合物混合，制得浆料；

S20、向所述浆料中加入1-10份的固化剂并搅拌，制得所述石墨烯基海洋防腐涂料。

本实施例提供的石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法简单易操作，制得的防腐涂料不仅具有屏蔽效应和防腐性能，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防污和防腐性能超过现有的防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、海洋交通运输等领域的涂装保护；且石墨烯基填料作为新型碳系材料，自身无毒，对环境无污染，而且其本身展现出良好的抗菌性能

在本实施例中，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种，但不限于此；所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种，但不限于此；所述固化剂为双氰胺，但不限于此。

在一些实施方式中，还提供一种石墨烯基海洋防腐涂料的应用，其中，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层。

具体来讲，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层，包括步骤：将所述石墨烯基海洋防腐涂料涂抹到所述船舶的海水接触面；在70-90℃条件下对所述石墨烯基海洋防腐涂料进行烘烤2-4h，得到防腐涂层。

下面通过具体实施例对本发明一种石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法及其应用做进一步的解释说明：

实施例1

防腐涂料的制备：

选用石墨烯粉体作为功能填料。按照5％(质量分数)称量石墨烯和环氧树脂，称取5g石墨烯粉体，95g环氧树脂。将石墨烯粉体在乙醇中浸泡搅拌一个小时，洗掉石墨烯粉体表面的杂质，倒掉乙醇，然后将上述原料放入洁净容器中，在80℃下烘干；

将环氧树脂用丁酮溶解后与所述石墨烯粉体混合，得到浆料；

固化剂采用双氰胺，称取4.89g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解，加入到上述浆料中，不停搅拌1h，得到混合均匀的防腐涂料。

防腐涂料的涂装：

将上述混合均匀的防腐涂料涂抹到船舶海水接触面，80℃下烘烤3h，得到稳定均匀的防腐涂层。

实施例2

防腐涂料的制备：

选用少层石墨烯粉体作为功能填料。按照10％(质量分数)称量少层石墨烯和环氧树脂，称取10g少层石墨烯，90g环氧树脂，将少层石墨烯粉体在乙醇中浸泡搅拌一个小时，洗掉少层石墨烯粉体表面的杂质，倒掉乙醇，然后将上述原料放入洁净容器中，在80℃下烘干；

将环氧树脂用丁酮溶解后与所述石墨烯粉体混合，得到浆料；

固化剂采用双氰胺，称取4.63g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解，加入到上述浆料中，不停搅拌1h，得到混合均匀的防腐涂料。

防腐涂料的涂装：

将上述混合均匀的防腐涂料涂抹到船舶海水接触面，70℃下烘烤4h，得到稳定均匀的防腐涂层。

实施例3

防腐涂料的制备：

选用氧化石墨烯粉体作为功能填料。按照8％(质量分数)称量氧化石墨烯和环氧树脂，称取8g氧化石墨烯，92g环氧树脂，将氧化石墨烯在乙醇中浸泡搅拌一个小时，洗掉氧化石墨烯表面的杂质，倒掉乙醇，然后将上述原料放入洁净容器中，在80℃下烘干；

将环氧树脂用丁酮溶解后与所述石墨烯粉体混合，得到浆料；

固化剂采用双氰胺，称取4.73g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解，加入到上述浆料中，不停搅拌1h，得到混合均匀的防腐涂料。

防腐涂料的涂装：

将上述混合均匀的防腐涂料涂抹到船舶海水接触面，90℃下烘烤2h，得到稳定均匀的防腐涂层。

综上所述，本发明通过在防腐涂料的基础上添加石墨烯基填料来制备得到石墨烯基海洋防腐涂料，制得的防腐涂料不仅具有屏蔽效应和防腐性能，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防污和防腐性能超过现有的防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、海洋交通运输等领域的涂装保护。且石墨烯基填料作为新型碳系材料，自身无毒，对环境无污染，而且其本身展现出良好的抗菌性能。

应当理解的是，应当理解的是，本公开的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本公开所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯基海洋防腐涂料，其特征在于，按照重量份计包括：1-30份的石墨烯基填料，10-95份的高分子聚合物以及1-10份的固化剂。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基海洋防腐涂料，其特征在于，所述固化剂为双氰胺。

5.一种石墨烯基海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

按重量份计将1-30份的石墨烯基填料与10-95份的高分子聚合物混合，制得浆料；

向所述浆料中加入1-10份的固化剂并搅拌，制得所述石墨烯基海洋防腐涂料。

6.根据权利要求5所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯基填料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述石墨烯及海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述固化剂为双氰胺。

9.一种如权利要求1-4任一所述石墨烯基海洋防腐涂料的应用，其特征在于，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层。

10.根据权利要求9所述石墨烯基海洋防腐涂料的应用，其特征在于，将所述石墨烯基海洋防腐涂料用作船舶的防腐涂层，包括步骤：

将所述石墨烯基海洋防腐涂料涂抹到所述船舶的海水接触面；

在70-90℃条件下对所述石墨烯基海洋防腐涂料进行烘烤2-4h，得到防腐涂层。

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