一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用，所述方法包括步骤：将苯胺单体加入到氧化石墨烯溶液中，在冰水浴搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，制得聚苯胺‑氧化石墨烯复合材料；将所述聚苯胺‑氧化石墨烯复合材料加入到水性环氧树脂中，得到复合涂料，将所述复合涂料涂覆成膜，得到所述复合防腐涂层。本发明专利技术从聚苯胺和氧化石墨烯结构调控出发，明确聚苯胺‑氧化石墨烯复合材料的结构与性能之间的相关性，并制备出分散性稳定的PANI‑GO复合涂料，在此基础上，实现高效防腐GO基复合涂层的可控制备和对金属基体的高效防护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用
本专利技术涉及金属防腐领域，特别涉及一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
海洋防腐关系到国家安全和海洋经济发展。目前，应用最广泛的海洋防腐方式是采用有机涂层。长期服役后，有机涂层中的铬酸盐、金属、金属氧化物等填料会释放出重金属离子，危害环境。为此，研究人员开发各种高性能、环境友好型填料来提高有机涂层性能。石墨烯/氧化石墨烯(G/GO)，具有强阻隔性和高化学稳定性，均匀分散后能够在有机涂层中形成迷宫效应，是极具潜力的防腐填料。但G/GO复合涂层又遇到了新的挑战导致很难对其进行商业化推广和应用：G/GO层与层间的强作用力会使其在有机涂层中形成团聚缺陷，导致涂层快速失效；长期服役后与金属形成腐蚀微电池，G/GO可能会作为阴极相加速金属腐蚀。因此，解决G/GO复合涂层应用中的卡脖子问题具有非常重大的现实意义和战略意义。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用，旨在解决现有防腐涂层对金属基体的防腐效果较差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，包括步骤：在第一种硫酸溶液中对初始石墨纸电极施加第一电压，得到柔性石墨纸；在第二种硫酸溶液中对所述柔性石墨纸电极施加第二电压，得到氧化石墨烯溶液；将苯胺单体加入到所述氧化石墨烯溶液中，在冰水浴搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，制得聚苯胺-氧化石墨烯复合材料；采用XPS、Raman、FTIR分析手段分别确定聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的结构、成分和接枝率，通过沉淀实验评价不同聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的分散稳定性，通过选择分散稳定性最好的聚苯胺-氧化石墨烯复合材料确定反应条件；将分散稳定性最好的所述聚苯胺-氧化石墨烯复合材料加入到水性环氧树脂中，得到复合涂料，将所述复合涂料涂覆成膜，得到所述复合防腐涂层。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述第一种硫酸溶液的浓度大于95％，第一电压为8-12V。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述第二种硫酸溶液的浓度为30％-70％，第二电压为4-8V。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述苯胺单体的浓度为1-3mol/L。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述苯胺单体与所述氧化剂的质量比1:3-3:1。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述氧化剂为(NH4)2SO4或FeCl3中的一种。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述复合防腐涂层中，聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的重量占比为1-10％。所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其中，所述复合防腐涂层的厚度为20-100微米。一种基于界面调控的复合防腐涂层，其中，采用本专利技术一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法制得。一种基于界面调控的复合防腐涂层的应用，其中，将本专利技术所述的基于界面调控的复合防腐涂层用于金属防腐。有益效果：本专利技术提供了一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，从聚苯胺(PANI)和氧化石墨烯(GO)结构调控出发，明确聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的结构与性能之间的相关性，并制备出分散性稳定的PANI-GO复合涂料；在此基础上，实现高效防腐GO基复合涂层的可控制备和对金属基体的高效防护。附图说明图1为本专利技术一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法较佳实施例的流程图。图2为本专利技术实施例1制备的PANI-GO复合材料和对比例1制备的PANI在不同时间段的分散稳定性结果图，图中位于左侧的是PANI，位于右侧的是PANI-GO复合材料。图3为本专利技术实施例1制备的PANI-GO/WEP涂层与对比例1制备的PANI/WEP涂层以及对比例2制备的WEP涂层在3.5％NaCl溶液中服役10天后的Nyquist图。图4为本专利技术实施例1制备的PANI-GO/WEP涂层与对比例1制备的PANI/WEP涂层以及对比例2制备的WEP涂层在3.5％NaCl溶液中服役10天后的Bode图。具体实施方式本专利技术提供一种基于界面调控的复合防腐涂层及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。有机涂层是现役海洋防腐应用最广泛的方式，石墨烯/氧化石墨烯(G/GO)具有强阻隔性和高化学稳定性，已广泛应用于有机涂层填料来增强涂层防护性能。但是，G/GO层与层之间的强范德华力会造成其在有机涂层内团聚，导致涂层性能下降；G/GO电位较正，长期服役腐蚀介质进入后G/GO会与金属形成腐蚀微电池，加速金属腐蚀；二者制约了G/GO基复合涂层在实际环境中的应用和发展。基于现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，如图1所示，其包括步骤：S10、在第一种硫酸溶液中对初始石墨纸电极施加第一电压，得到柔性石墨纸；S20、在第二种硫酸溶液中对所述柔性石墨纸电极施加第二电压，得到氧化石墨烯溶液；S30、将苯胺单体加入到所述氧化石墨烯溶液中，在冰水浴搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，制得聚苯胺-氧化石墨烯复合材料；S40、采用XPS、Raman、FTIR分析手段分别确定聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的结构、成分和接枝率，通过沉淀实验评价不同聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的分散稳定性，通过选择分散稳定性最好的聚苯胺-氧化石墨烯复合材料确定反应条件；S50、将分散稳定性最好的所述聚苯胺-氧化石墨烯复合材料加入到水性环氧树脂中，得到复合涂料，将所述复合涂料涂覆成膜，得到所述复合防腐涂层。本实施例以聚苯胺-氧化石墨烯复合(PANI-GO)材料的结构调控为研究重点制备出高性能GO基防腐涂料，PANI-GO材料的良好分散稳定性是保证复合防腐涂层(PANI-GO/水性环氧涂层)优异金属防护性能以及实现PANI-GO协同防护作用的前提。本实施例中，所述PANI与GO可形成π-π相互作用或者所述PANI可通过与GO表面特定官能团共价接枝来改善GO的分散性，所述PANI还可包裹GO避免其与金属之间电偶腐蚀；而且GO的导电性还可促进PANI对金属的钝化。因此，GO的结构、GO表面官能团的种类、数量和比例会直接影响其与PANI的接枝率以及生成的PANI-GO复合材料的性能，进而影响复合防腐涂层涂层性能。因此，本实施例首先通过在GO表面原位化学聚合PANI制备PANI-GO复合材料，而后采用FTIR、XPS、Raman化学结构分析手段确定二者接枝类型，并调控GO的结构，得到不同羟基、环氧基、羧基含量或比例的GO，并在不同反应条件下在其表面原位化学聚合PANI，制备不同的PANI-GO复合材料，通过对其成分、结构和性能分析，明确“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n在第一种硫酸溶液中对初始石墨纸电极施加第一电压，得到柔性石墨纸；/n在第二种硫酸溶液中对所述柔性石墨纸电极施加第二电压，得到氧化石墨烯溶液；/n将苯胺单体加入到所述氧化石墨烯溶液中，在冰水浴搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，制得聚苯胺-氧化石墨烯复合材料；/n采用XPS、Raman、FTIR分析手段分别确定聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的结构、成分和接枝率，通过沉淀实验评价不同聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的分散稳定性，通过选择分散稳定性最好的聚苯胺-氧化石墨烯复合材料确定反应条件；/n将分散稳定性最好的所述聚苯胺-氧化石墨烯复合材料加入到水性环氧树脂中，得到复合涂料，将所述复合涂料涂覆成膜，得到所述复合防腐涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在第一种硫酸溶液中对初始石墨纸电极施加第一电压，得到柔性石墨纸；
在第二种硫酸溶液中对所述柔性石墨纸电极施加第二电压，得到氧化石墨烯溶液；
将苯胺单体加入到所述氧化石墨烯溶液中，在冰水浴搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，制得聚苯胺-氧化石墨烯复合材料；
采用XPS、Raman、FTIR分析手段分别确定聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的结构、成分和接枝率，通过沉淀实验评价不同聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的分散稳定性，通过选择分散稳定性最好的聚苯胺-氧化石墨烯复合材料确定反应条件；
将分散稳定性最好的所述聚苯胺-氧化石墨烯复合材料加入到水性环氧树脂中，得到复合涂料，将所述复合涂料涂覆成膜，得到所述复合防腐涂层。


2.根据权利要求1所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述第一种硫酸溶液的浓度大于95％，第一电压为8-12V。


3.根据权利要求1所述基于界面调控的复合防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述第二种硫酸溶液的浓度为30％-70％，第二电压为4-8V...

【专利技术属性】
技术研发人员：符显珠，刘素云，王学万，向雄志，骆静利，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44