[发明专利]一种FG@MOF复合材料及包含该复合材料的涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于海洋环境下防腐材料技术领域，具体涉及一种FG@MOF复合材料及包含该复合材料的涂料及其制备方法和应用。将FG分散于无水甲醇中，超声震荡，将金属盐和咪唑配体加入到FG甲醇分散液中，搅拌得悬浊液，经离心分离得到固体，用甲醇和去离子水交替洗涤，真空干燥后得到FG@MOF复合材料；将环氧树脂、FG@MOF复合材料和稀释剂混合，球磨搅拌，加入固化剂混匀，得到复合涂料；将复合涂料涂覆在预处理好的金属基体表面，干燥固化后得到复合涂层。通过FG@MOF复合材料对环氧树脂改性，使复合材料中咪唑环与环氧树脂发生化学键合，解决了FG与环氧树脂之间的界面相容性问题，提高了环氧树脂涂层的耐蚀性能与力学性能。

技术领域

本发明属于海洋环境下防腐材料技术领域，具体涉及一种FG@MOF复合材料及包含该复合材料的涂料及其制备方法和应用。

背景技术

海洋环境是典型的高温、高湿、高盐雾、高辐照地区，因此海洋环境对海洋工程材料的耐蚀性能提出了十分苛刻的要求。

目前，有机涂层是海洋领域最重要的防腐手段之一。氟化石墨烯(FG)是石墨烯通过氟化将碳原子sp²杂化转变成sp³杂化，并保留了部分石墨烯的sp²结构。FG不仅保留了石墨烯二维平面结构的特性，而且氟碳键赋予其低表面能、强疏水性和高稳定性的特点，使其兼具石墨烯和特氟龙两种材料的结构和性能特点。因此，FG较石墨烯在耐蚀、耐磨及超疏水疏油等领域具有更广泛的应用前景。然而，由于FG的低表面能使得FG通常以物理形式分散于涂层内部，在树脂与FG之间会存在气孔、裂缝等结构缺陷，导致涂层对腐蚀介质(水、Cl^-和氧气等)的抗渗透能力下降，影响涂层的长期耐蚀性能。因此，如何解决FG与树脂之间的界面相容性问题已成为腐蚀防护领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的FG与树脂之间的界面相容性的问题，本发明提供一种FG@MOF复合材料，通过该复合材料可对环氧树脂进行改性，能使复合材料中咪唑环与环氧树脂发生化学键合，解决了FG与环氧树脂之间的界面相容性问题，提高了环氧树脂涂层的耐蚀性能与力学性能。

一种FG@MOF复合材料，由下述制备方法制得：将FG分散于无水甲醇中，超声震荡，再将金属盐和咪唑配体加入到FG甲醇分散液中，搅拌得悬浊液，经离心分离得到固体，再用甲醇和去离子水交替洗涤，然后真空干燥，即得到粉末状的FG@MOF复合材料。

进一步的，所述FG的氟化度为10～65％，尺寸为0.5～5μm，厚度为1～10nm；所述金属盐为硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硝酸钴或氯化钴的一种或几种；所述咪唑配体为咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-羟基苯并咪唑、2-氨基苯并咪唑和2-巯基苯并咪唑的一种或几种。

FG@MOF包括FG@ZIF-8、FG@ZIF-7、FG@ZIF-67，其中ZIF-8由Zn盐与二甲基咪唑为基础合成，ZIF-7由Zn盐与苯并咪唑为基础合成，ZIF-67由Co盐与二甲基咪唑为基础合成，ZIF-8，ZIF-7，ZIF-67是MOF的几种典型代表，它们均是利用金属离子和不同咪唑配体配位得到的MOF，而且他们都含有咪唑基团，可以和环氧树脂官能团发生化学交联反应。

进一步的，所述超声震荡时间为2～6h，搅拌时间为2～3h，洗涤次数为3～5次，真空干燥温度为60～80℃。

进一步的，金属盐与咪唑配体的摩尔比为1：1～5，在这摩尔配比下可以有效保证MOF纳米材料的粒径在80～200nm之间；FG占FG@MOF复合材料所需原料的质量分数为5～40％，在这比例下可以有效保证MOF均匀负载在FG表面而又不至于负载太多影响FG的性能。

包含上述FG@MOF复合材料的FG@MOF改性环氧树脂复合涂料，包括以下原料：环氧树脂、FG@MOF复合材料、稀释剂、固化剂。

进一步的，所述环氧树脂的型号为E-35、E-44、E-51或E-55的一种。