[发明专利]一种石墨烯涂层材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层材料，尤其涉及一种石墨烯涂层材料及其在深海油管表面的应用，属于金属防腐技术领域。

背景技术

涂层是指附着在某一基体材料上起某种特殊作用，且与基体材料具有一定结合强度的薄层材料，对基层具有很好的保护作用。

石墨烯是目前人类已知最硬、最薄的纳米新材料，可应用于电子、储能、航天等多个领域。自从2012年澳大利亚莫纳什大学和美国莱斯大学研究人员合作，用实验制得的石墨烯薄膜作为涂层，使铜的耐腐蚀性增强百倍，这意味着开发保护性涂层开始了模式性的转变。在2015年，江苏如东发明了中国第一种石墨烯新型防腐涂料，填补了国内石墨烯运用于防腐领域的空白。

石墨烯的化学稳定性强、缓蚀性能优异，同时能提高涂料的抗冲击性、附着力、耐水性、硬度等指标，是防腐涂料领域中极具前景的材料，且中国石墨烯产业规模正走向量化产业化生产。而另一方面，深海输油管道由于输送的油品中含有硫元素和酸性物质，外加管道受到海水的作用，导致管道易被腐蚀。所以开发一种石墨烯涂层材料应用于深海油管具有较大的实用性和推广性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种适合低温高压环境并且防腐性能优异、使用寿命持久的石墨烯涂层涂料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种石墨烯涂层材料，所述涂层材料主要由以下重量份数成分组成：石墨烯20-50份、聚氨酯30-50份、丁酮25-35份、乳化剂2-4份、固化剂10-15份、滑石粉10-20份、抗紫外稳定剂4-5份、聚丙烯酯5-8份、阻燃剂1-3份、填充母料5-20份、山梨醇2-6份、三聚磷酸钠2-6份、异丙醇5-7份、硅丙乳液3-7份。

本发明石墨烯涂层材料的主要成膜物质为聚氨酯，具有耐油、耐低温、耐老化、强度高、伸长率大等优点；丁酮和异丙醇作为溶剂，提高溶解能力；乳化剂可改善各成分之间的表面张力；固化剂主要是与成膜物质交联，使固化后的物质达到一种理想状态；滑石粉和填充母料一起搭配提高材料的刚度；抗紫外稳定剂有助于抑制强度、硬度的下降以及变色；聚丙烯酯可增强材料的附着力和粘度；山梨醇作为防腐剂，具有防止腐蚀的作用；三聚磷酸钠有络合和增溶的作用；硅丙乳液可增强涂料的耐水、耐酸、耐盐性能，并且使胶膜更加致密、坚韧。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述石墨烯表面附着有偶联剂。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂与石墨烯的重量比为(10-15)：(20-50)。

由于石墨烯的相容性较差，所以需要加入偶联剂改善其亲水性或亲油性，且经过偶联剂改性后的石墨烯抗弯强度显著提高。而本发明之所以选择钛酸酯偶联剂，是因为其合成工艺简单，产品纯度高，相比硅烷偶联剂性能多、使用范围广，例如有极好的抗冲击能力以及可形成单分子层，相比锆酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂稳定性和耐化学药品性更好。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述石墨烯通过氧化石墨还原法制得。氧化石墨还原法制备石墨烯操作较简单，成本较低，可以大规模的进行制备。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述还原法中使用的还原剂为硼氢化钠、水合肼、氢化铝锂中的一种，所述还原剂与氧化石墨的重量比为(3-6)：(40-100)。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述氧化石墨经过超声处理，时间为30-35min。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述氧化石墨由石墨经强氧化剂氧化制成。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述乳化剂为纯月桂基硫酸钠、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚丙烯酰胺乳化剂中的至少一种。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述固化剂为改性胺类复合固化剂，如酚醛改性胺类环氧固化剂、丙烯腈改性三甲基乙二胺固化剂。改性固化剂可使固化反应温度降低、时间减短、固化反应后的树脂空间结构性更好，在涂层中有很好的分散性。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述抗紫外稳定剂为二苯酮。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述阻燃剂为磷氮系阻燃剂。

在上述的石墨烯涂层材料中，所述填充母料为云母鳞片。

本发明另一个目的在于提供上述石墨烯涂层材料的应用，所述石墨烯涂层材料用于深海油管表面。