[发明专利]一种石墨烯基疏水型防腐蚀涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯基疏水型防腐蚀涂料及其制备方法和应用，墨烯基疏水型防腐蚀涂料是以体积比为1:1的有机硅树脂和环氧树脂作为成膜物质，以石墨烯、磷酸盐和片层矿物质构筑三元协同防腐蚀添加剂，并添加颜料、助剂和稀释剂制得。本发明得到的涂层具有绿色、高效的防腐蚀性能，且采用喷涂的方式，操作简单涂层均匀成膜性好；对基底的处理要求不高，具有附着力好、机械性能稳定、固化温度低、制备方法简单等优点，可应用于海洋船舶以及陆地金属的防腐蚀。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种石墨烯金属防护涂料，特别涉及一种石墨烯基疏水型防腐蚀涂料及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，水滴落在荷叶上会形成近似圆球形的白色透明水珠滚来滚去而不浸润荷叶表面。近年来，由于受到自然界中荷叶等植物表面超疏水性能的启发，经过不断地研究探索，人们已将其特性应用于材料界面的各个领域。超疏水膜表面在自清洁、微流体系统和特殊分离等方面表现出了巨大的应用潜力，而关于超疏水表面的研究引起了科学家们的广泛关注。然而，基于传统方法制备的超疏水表面的稳定性和持久性差，大大限制其在生活中的实际应用和推广。

21世纪是人类开发利用海洋的新时代，海洋已经成为各国提高综合国力和争夺战略优势的制高点。中国作为世界上人口最多的正在崛起的发展中国家，陆地空间不足，资源有限，走向海洋是今后中国实现可持续发展和现代化的必然选择。当然，在海洋里求发展肯定离不开船舶的使用。就目前来说，当今许多船只的船体都是由金属材料制作而成的。海洋环境是一种非常严酷的材料服役环境，由于海水天然的电解质溶液属性，而金属材料在海水中由于受到海水温度、大气以及海水盐碱度的影响，金属材料极易发生电化学腐蚀，造成金属构件的可靠性大幅降低，并且船体腐蚀的程度也比较深。船体在腐蚀以后往往会造成船体结构的破坏，有时甚至会威胁到船上人员的生命，同时也造成了巨大的经济损失。据统计，因金属腐蚀而导致的经济损失每年达到了几千亿元。现有的应用在海洋环境中的防腐蚀涂料存在着涂层与基底间的附着力不理想、环境污染严重、防腐蚀性能不理想、施工条件限制及固化条件难以实现等问题。同时，大部分的涂料所使用的成分均为有毒有害的物质，在制备及使用过程中会造成污染以及对工作人员的身体健康构成威胁，这与大众所迫切希望实现的可持续发展战略背道而驰。

石墨烯是已知的最薄的碳基片层材料，具有超大的比表面积、优良的阻隔性、优异的化学稳定性以及良好的导电性能，因而成为最热门的新兴材料之一。更为关键的是，近年来的研究表明，石墨烯基材料在提高金属耐腐蚀能力方面具有巨大的优势。首先，石墨烯的片层结构层层叠加、交错排列，在涂层中可形成“迷宫式”屏蔽结构，能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，在添加量较小的情况下，即可显著提高涂层的物理阻隔性能和抵御腐蚀因子侵蚀金属基底的能力。其次，石墨烯层与层之间有良好的润滑作用，石墨烯的片层结构可以将涂层分割成许多小区间，能够有效降低涂层内部应力，消耗断裂能量，进而提高涂层的柔韧性、抗冲击性和耐磨性。最后，石墨烯材料无毒无害，在用于防腐涂料时具有环保安全和无二次污染等特性。基于石墨烯基涂层在金属防腐蚀方面的优势，开发功能性石墨烯基涂层已经成为防腐蚀领域的热点。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种石墨烯基疏水型防腐蚀涂料及其制备方法和应用，通过采用传统的涂料制备和涂装技术，在金属表面实现兼具环保、高附着力、自洁和优异耐腐蚀等特点的石墨烯基疏水涂层。

为提高金属基材在使用过程中的长效防腐，在前期金属表面防腐性能的研究基础上，本发明设计构建兼具有长效防腐和疏水自洁性能的石墨烯基底面一体型聚合物复合涂层。利用石墨烯粉的多层屏蔽作用，通过表面活性剂有效的分散作用，将石墨烯粉平行分布于金属基材表面，使得造成腐蚀的电解质离子很难通过屏蔽层达到基材表面。同时，化学惰性的聚合物基料紧紧粘附在基材表面，一方面，提高涂层与基材间的附着力，另一方面，阻隔腐蚀因子的渗入到基材。除此之外，通过引入低表面能的聚合物填料，赋予涂层以疏水自洁特性，最终在金属基材表面构建具有长效防腐和疏水自洁的底面一体型涂层。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：