[发明专利]石墨烯气凝胶/聚氨酯复合防腐防水涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种石墨烯气凝胶/聚氨酯复合防腐防水涂料及其制备方法和应用，首先用超临界干燥法制备石墨烯气凝胶，随后再对其进行梯度晶化处理，从而获得高强度、高质量的石墨烯气凝胶，再将该气凝胶纳米粉体均匀分散到聚氨酯里形成石墨烯气凝胶/聚氨酯复合涂料。本发明解决了石墨烯在聚氨酯中的团聚问题，提高涂料的防腐防水性能。

技术领域

本发明属于防水涂料领域，具体涉及一种石墨烯/聚氨酯复合涂料。

背景技术

石墨烯自2004年被发现以来一直成为举世瞩目的研究焦点，最近几年的研究热情近乎疯狂，尤其在神州大地，因为石墨烯的诸多性能在理论上远超过常规材料。其超强的化学惰性、超强的抗氧化和高温能力、超高的抗腐蚀性能等使其成为高温、深海等苛刻水域环境的最佳防腐防水候选材料。

另一方面，从上世纪80年代初聚氨酯就主要作为一类新型优异防水涂料获得越来越广泛的应用，品牌不断增加，生产规模日益扩大，在国民经济各部门及日常生活各方面发挥越来越重要的作用。但是，随着现代各方面要求的提高，尤其是水域环境的日趋恶劣，不但对聚氨酯防水涂料的使用性能提出了更高要求，还要求其必须具有诸多新的优异性能如防腐性能。

聚氨酯作为防腐防水涂料的主要优缺点：优点主要体现在耐磨、耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温、透声性好、粘接力强，但存在耐高温性能一般、不耐强极性溶剂和强酸碱介质等缺点，如在一定温度下，醇、酸、酮会使聚氨酯溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀。

石墨烯在防腐防水方面的主要优缺点：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，阻止气体或液体分子的扩散渗透。石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高达1500℃高温下还是在具有腐蚀或氧化性的气体或液体环境中均能保持稳定。石墨烯具有二维片层结构、高比表面积，其可层层叠加形成致密涂层，起到优异的物理隔绝作用。此外，石墨烯具有超高机械强度、良好的化学稳定性和自润滑性能。因此，石墨烯优异的防腐防水和耐磨损性能是普通材料难以企及的。但是，目前还很少有能制备出高质量高性能石墨烯的方法，而几乎没有能批量生产高质量高性能石墨烯的有效方法。

现有技术中有较多关于石墨烯改性的聚氨酯的研究报道，但大多数都是关于如何提高聚氨酯涂料防水性能的，还很少涉及防腐用石墨烯/聚氨酯复合涂料或涂层。在石墨烯/聚氨酯复合材料中，石墨烯主要作为聚氨酯基体的纳米填料。但现有技术中石墨烯和聚氨酯的复合材料中，石墨烯片层或薄膜在聚氨酯里存在显著团聚现象的问题仍然难以解决，从而影响复合材料的性能，限制其应用。

发明内容

本发明的目的在提供一种石墨烯气凝胶/聚氨酯复合防腐防水涂料及其制备方法和应用，解决石墨烯在聚氨酯中的团聚问题，提高涂料的防腐防水性能。

本发明构思：针对石墨烯片层或薄膜在聚氨酯里存在显著团聚的局限性，针对常规超临界干燥法制备的气凝胶存在强度低的局限性，首先用超临界干燥法制备石墨烯气凝胶，随后再对其进行梯度晶化处理，从而获得高强度、高质量的石墨烯气凝胶，再将该气凝胶纳米粉体均匀分散到聚氨酯里形成石墨烯气凝胶/聚氨酯复合涂料。

本发明提供的石墨烯/聚氨酯复合防腐防水涂料的制备方法，包括超临界干燥法制备石墨烯气凝胶、石墨烯气凝胶的梯度晶化处理以及复合涂料的制备，具体包括以下步骤：

(1)将天然石墨进行氧化插层剥离得到氧化石墨烯，将所得氧化石墨烯分散制备成浓度为化石墨烯的浓度为3～10mg/mL的氧化石墨烯分散液；

(2)向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，混匀后在50～80℃还原5～20h，得到氧化石墨烯水凝胶；

(3)将所得水凝胶用水或乙醇-水溶液浸泡洗涤，然后进行超临界干燥，得到石墨烯气凝胶；