含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及应用制造技术

本发明专利技术涉及防腐防污纳米复合材料，具体的说一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及其作为防腐防污纳米填料在聚合物涂层的应用。石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点杂化获得纳米杂化物，而后经硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料。本发明专利技术所得直径在1

【技术实现步骤摘要】
含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及应用


[0001]本专利技术涉及防腐防污纳米复合材料，具体的说一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及其作为防腐防污纳米填料在聚合物涂层的应用。

技术介绍

[0002]污损生物指附着船底、浮标和一切人工海洋设施上的动、植物和微生物的总称。根据附着生物的大小可分为微观污损生物(微米级，如细菌，硅藻等)和宏观污损生物(厘米级，如藤壶，牡蛎等)。暴露在海洋环境中的工程结构(如船舶和海洋平台等)都可以看到明显的生物污损现象。金属结构的生物污损给工业造成巨大的经济损失和严重的运行问题，而通过清洁过程向海洋排放有毒物质需要昂贵且耗时的维护。此外，生物膜可以通过产生氧浓差电池或微生物诱导腐蚀来加速金属的腐蚀。
[0003]在这方面，防污涂料已被用作防止生物膜粘附在金属结构上的方法之一。为了满足生态系统的安全性，近年来引入了多功能纳米复合聚合物涂料作为一种环保的防污涂料。在该方法中，具有抗菌活性且对微生物的不利影响最小的纳米材料，例如生物杀菌纳米金属、纳米金属氧化物和碳基纳米材料，可以用作聚合物涂层内的纳米填料，而纳米复合涂层的聚合物基体可以从不同类型的聚合物中选择，例如聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯等其他聚合物。这种方法被认为是利用涂料中纳米材料的抗菌活性来防止细菌生物膜形成的一种简单方法。
[0004]在各种纳米材料中，石墨烯是一种由碳原子组成的二维纳米材料，具有高的表面体积比、高的机械强度、优异的热性能、高的导电性和抗菌活性。此外，氧化石墨烯作为一种二维碳材料，具有致密的蜂窝状结构和羟基、环氧基、羰基和羧基官能团，具有巨大的表面积、亲水性、低毒性和抗菌活性。石墨烯和氧化石墨烯纳米片的抗菌活性与它们对生物分子的高吸附能力以及纳米片通过锐边缘结构穿透细胞有关，因为纳米片具有高的表面积和粗糙表面。因此，应力将被引入到细胞壁膜上，细胞和细菌膜的完整性将被破坏。
[0005]例如，在中国专利CN104974640A中，介绍了基于石墨烯作为环氧树脂抗菌剂应用的防腐防污涂料。在本专利技术中，石墨烯通过表面羟基化(使用硫酸和硝酸)进行改性，然后将石墨烯与N
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(β
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氨乙基)
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γ
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氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH
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602)偶联。将改性石墨烯分散在二甲苯和正丁醇混合稀释剂中，得到改性后石墨烯浆料。最后，将改性后石墨烯浆液加入环氧树脂中，然后加入固化剂，获得纳米复合材料涂层。充分结合利用了两种材料的优良特性，开发出了兼具耐腐蚀性和耐污损性的新型涂料。
[0006]中国专利CN103254701B公开了一种具有耐腐蚀、抗紫外、抗菌、耐磨特性的新型涂料，该涂料由氟碳树脂、石墨烯、紫外线吸收剂、分散剂、流平剂、消泡剂、膨润土、钛白粉、附着力促进剂、溶剂和固化剂组成。在该实施例中，氟碳树脂提供优异的耐化学性、耐磨性、绝缘性和耐沾污性，而石墨烯具有优异的导电性、强抗紫外线辐射性、良好的延展性、耐磨性以及抑制微生物生长的性能。
[0007]此外，在另一项中国专利CN 110922828A中，专利技术了石墨烯海洋防污涂料，该防污涂料具有高抗冲击性、长期使用后的高粘附强度、海洋生物对涂料的低粘附性以及持久的防污性能。该涂料的成分为混合溶剂6％
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15％，树脂20％
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40％，松香
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二甲苯溶液0％
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15％，助剂0.5％
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5％，防沉剂0.1％
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1％，石墨烯0.1％
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5％，防污剂20％
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35％，填料5％
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15％，颜料0.1％
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5％，偶联剂0.1％
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1.5％。
[0008]另一方面，由于二氧化钛(TiO2)、氧化银(AgO)和氧化锌(ZnO)等无机纳米材料具有抗菌性能，氧化石墨烯和抗菌金属氧化物的混合物用于制备防污纳米复合涂层，以利用这两种纳米材料的固有优势。例如，在中国专利CN110157225A中，通过超声波和机械搅拌制备了分散均匀的氧化石墨烯水溶液，然后添加抗菌金属氧化物粉末(如纳米二氧化钛、氧化锌、氧化钨、氧化银、氧化铜，氧将氧化镁和氧化钙中的一种或多种纳米金属氧化物的混合物)，得到氧化石墨烯/金属氧化物混合溶液。然后，将混合溶液均匀地喷涂或扩散到金属表面并进行热处理。这种单层涂层用作金属基底上的防污和防腐膜。
[0009]此外，在纳米金属氧化物中，氧化锌已在专利(如WO2011162129A1和CN102010639B)中作为涂层组合物中的防污剂引入。
[0010]但上述记载文献中均具有一定局限性，综合性能欠佳；进而需要提供一种效果更突出的高效防腐防污复合涂层。

技术实现思路

[0011]本专利技术目的在于提供一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及其作为防腐防污纳米填料在聚合物涂层的应用。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0013]一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料，石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点杂化获得纳米杂化物，而后经硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料。
[0014]所述石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点通过水热/溶剂热法合成，而后经硅烷官能化获得二维片状结构防腐防污纳米复合材料。
[0015]一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料的制备方法，石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点通过水热/溶剂热法合成，而后经硅烷官能化获得二维片状结构防腐防污纳米复合材料。
[0016]所述石墨烯基纳米材料与通过超声波、溶胶
‑
凝胶或微等离子体合成的1
‑
10nm大小的氧化锌量子点混合，混合后通过水热/溶剂热法合成纳米杂化物(石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点纳米材料)；而后将纳米杂化物通过硅烷偶联剂进行硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料；其中，石墨烯基纳米材料、氧化锌量子点的重量比值为0.1
‑
10；硅烷偶联剂与纳米杂化物的重量比值为0.1
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100(优选在1
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50范围内，更优选在10
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20范围内)。
[0017]所述石墨烯基纳米材料和氧化锌量子点水热法合成杂化物时，通过去离子水在80
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200℃热处理4
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24小时(优选在100
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180℃下热处理6
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18小时，更优选在120
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160℃下热处理8
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16小时。)。
[0018]所述石墨烯基纳米材料和氧化锌量子点溶剂热法合成杂化物时，通过在去离子水和有机溶剂的混合物中于60
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100℃，热处理12
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24小时。其中，有机溶剂可为乙醇、丙酮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料，其特征在于：石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点杂化获得纳米杂化物，而后经硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料。2.按权利要求1所述的含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料，其特征在于：所述石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点通过水热/溶剂热法合成，而后经硅烷官能化获得二维片状结构防腐防污纳米复合材料。3.一种权利要求1所述含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料的制备方法，其特征在于：石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点通过水热/溶剂热法合成，而后经硅烷官能化获得二维片状结构防腐防污纳米复合材料。4.按权利要求3所述的含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯基纳米材料与通过超声波、溶胶
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凝胶或微等离子体合成的1
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10nm大小的氧化锌量子点混合，混合后通过水热/溶剂热法合成纳米杂化物(石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点纳米材料)；而后将纳米杂化物通过硅烷偶联剂进行硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料；其中，石墨烯基纳米材料、氧化锌量子点的重量比值为0.1
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10；硅烷偶联剂与纳米杂化物的重量比值为0.1
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100。5.按权利要求4所述的含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯基纳米材料和氧化锌量子点水热法合成杂化物时，通过去离子水在80
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【专利技术属性】
技术研发人员：段继周，周子扬，塞皮德，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：