[发明专利]抗腐蚀复合层

说明书

一种抗腐蚀复合层，包含：涂布于基材上的第一抗腐蚀层以及涂布于第一抗腐蚀层上的第二抗腐蚀层。第一抗腐蚀层包含多个第一纳米石墨烯片以及第一载体树脂，其中，各第一纳米石墨烯片的表面具有用以化学键结至第一载体树脂的第一亲油性官能基，第一亲油性官能基选自羧基、环氧基及氨基等。第二抗腐蚀层包含多个第二纳米石墨烯片以及第二载体树脂，其中，各第二纳米石墨烯片的表面具有用以化学键结至第二载体树脂的第二亲油性官能基，第二亲油性官能基选自羟基、异氰酸盐等。

技术领域

本发明有关一种抗腐蚀复合层，尤其是一种结合多个含有纳米石墨烯片的抗腐蚀层所构成的抗腐蚀复合层。

背景技术

根据统计，国家的经济发展与材料的腐蚀有密切的关系，全球每年因腐蚀所造成的损失金额难以估算，各个国家每年因腐蚀总损失占其全国经济产能的比率虽然有所不同，不过金额都相当庞大，腐蚀造成的损失不容忽视。以中国台湾为例，地处四面环海的地区，气候潮湿易受海风盐分与工业污染物的影响，腐蚀情形非常严重。除了腐蚀本身所造成的经济损失外，伴随腐蚀而产生的停机、以及原料和电、热能的损耗增加等问题所导致的间接损失更是惊人。

目前防腐蚀技术不外乎阴极防蚀技术、阳极保护技术以及使用抗腐蚀涂料等，其中以抗腐蚀涂料为最常见且广泛应用的防腐蚀技术。防止金属腐蚀最直接的方法为，有效的隔离屏蔽金属与容易造成腐蚀的因子，以避免发生腐蚀反应。抗腐蚀涂料的防蚀机制着重于物理性阻隔腐蚀因子，如阻隔氧气与水气的渗透，以推迟腐蚀速率而保护金属。一般而言，绝大多数抗蚀涂料添加特殊防锈颜料，当涂布于底材上的抗蚀涂料接触到水气，其中的防锈颜料会释放出抑制性离子使金属底材的阴/阳极反应产生钝态，藉此达到防锈功能，例如：红丹、锌铬黄、磷酸锌、三聚磷酸铝等，此种纳米复合材料的防蚀特性已在许多文献中证实。

自从2004年英国曼彻斯特大学Andre Geim与Konstantin Novoselov成功利用胶带剥离石墨的方式获得单层石墨烯(graphene)，并获得2010年的诺贝尔物理奖以来，石墨烯的导电性、导热性、抗化性等各种优异性能即不断被产业界应用于不同的领域。石墨烯主要是由sp²混成轨域组成六角形蜂巢排列的二维晶体结构，其厚度仅为0.335nm，亦即仅一个碳原子直径的大小，石墨烯是目前最薄也是最坚硬的材料，机械强度可远高于钢铁百倍，而比重却仅约钢铁的四分之一。此外，石墨烯具有绝佳的不可渗透性及高比表面积，该特性可有效延长水气及氧气穿透高分子基材的路径，降低氧气及水气透过率，因而可以应用于防腐蚀涂料。

然而，在实际应用上最常面临的问题是，石墨烯很容易聚集、堆栈而结块，亦即不容易均匀分散，如何防止石墨烯薄片彼此不均匀地堆栈的现象，以获得高均匀性且层数少的石墨烯粉体，一直都是产业界最需解决的技术瓶颈。

第105086758A号中国专利描述了一种石墨烯防腐蚀涂料的制备方法，主要是利用添加石墨烯的方式以降低富锌涂料中的含锌量，此石墨烯防腐蚀涂料的防腐蚀性能需要相当于富锌环氧防腐涂料，且同时具备耐酸碱高硬度柔韧性佳的特性。然而，该专利所述的环氧树脂组分中石墨烯、锌粉以及填料所占重量比高达60至80％，除了填料含量过高可能导致树脂层产生导致腐蚀的孔隙或通道之外，石墨烯与填料的亲和度不佳可能造成石墨烯不能均匀分散于树脂、锌粉和填料之间的问题。

第2886616A1号欧洲专利提及利用添加石墨烯取代涂料中的铬酸盐缓蚀剂来制造无铬盐的防腐蚀涂料，但是其为水性涂料，其抗腐蚀性与一般的铬盐抗腐蚀涂料性能相差甚远。

第104693976A号中国专利描述了一种多层耐腐蚀涂层体系，包括使用聚酯树脂的第一涂层以及使用聚偏氟乙烯(PVDF)树脂与丙烯酸树脂的第二涂层，其藉由多涂层的特性达到抗腐蚀的需求。但是，此多层耐腐蚀涂层体系是经由多道干燥以及固化步骤所制成，各涂层固化后的平坦度涉及不同涂层间的孔洞率与多层耐腐蚀涂层整体的厚度大小，涂层间的孔洞率影响耐腐蚀涂层的耐候性与防蚀力，整体厚度过大的多层腐蚀涂层不易施工，再者，该多层腐蚀涂层仍使用传统的防锈颜料，如氧化铁黄、磷酸锌、铬绿等重金属颜料，具有环境污染的问题。