[發明專利]一種石墨烯復合防腐涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201410385426.3
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104231703A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 陳守剛;莊忱;張玉平;張振岳
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C09D5/08
• 分類號: C09D5/08;C09D183/08;C09D7/12;C25D9/02;C25D15/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及金屬防腐技術領域，尤其涉及一種石墨烯復合防腐涂層的制備方法。

背景技術

金屬腐蝕是金屬與周圍環境之間發生化學或電化學作用而引起的變質或破壞的現象。金屬腐蝕給國民經濟和社會生活造成嚴重的危害。材料腐蝕造成金屬設備和工程結構破壞，提前退出服役，其經濟損失要比材料本身費用大得多。每年由于金屬腐蝕產生的直接經濟損失占國民生產總值的4.2％左右，全世界每年因腐蝕而報廢的金屬材料約占當年金屬生產量的1/10。

傳統的用于金屬表面處理的技術主要是鉻酸鹽處理和磷酸鹽處理技術，但是傳統的金屬表面處理技術對于人體和環境都有很大的損害。目前國內外腐蝕科學領域都在尋求環境友好、綠色環保的鉻酸鹽鈍化處理的替代技術，其中一些具有多個羥基基團的有機聚合物制備的有機涂層備受研究人員的青睞，如能在有機-無機材料間架起橋梁的有機溶劑-硅烷偶聯劑成為較具潛力的表面處理劑，可作為傳統磷化、鈍化等技術的替代技術。

現有的處理方法如下：

有機硅烷化處理工藝基于一種可水解生成硅醇(Si-OH)的硅烷試劑(通式為X-R’-Si(OR”)n,其中X代表有機官能團，R’，R”為烷基)。有機硅烷可與基底鋁合金形成極強的Me-O-Si鍵，而硅烷的有機部分又可與表面聚合物涂層形成化學鍵結合，硅氧烷鍵的形成可大大提高表面聚合物涂層與基體鋁合金的結合力，同時也使鋁合金的抗腐蝕性能提高。

硅烷處理傳統采用浸涂工藝，把鋁合金浸入在這種稀的硅烷溶液中一定時間，隨后在一定穩定下固化，即可在鋁合金表面形成幾百納米厚的涂層。

傳統的浸涂法或是旋涂法制備的涂層都受到厚度、均勻性的限制，不能對金屬基體起到持久保護作用。另外，由于單一的功能性硅氧烷膜對金屬基體的保護存在自身的局限性(如：厚度不夠，多孔性等)，限制了其長期單獨使用的腐蝕防護能力。

發明內容

傳統的金屬表面防腐蝕處理方法有磷化、鉻酸鹽鈍化及陽極氧化等工藝，但對環境有很大的危害；另外，傳統的浸涂法或旋涂法制備的涂層都受到厚度、均勻性的限制，不能對金屬基體起到持久保護作用。本發明選用具有多個羥基/或氨基基團的有機聚合物包括聚醇胺類化合物、丙烯酸類、殼聚糖類、硅烷類以及其它具有多個羥基或氨基基團的有機聚合物作為表面處理劑，制備了一種能對金屬基體起到持久防護作用的耐蝕性有機-無機復合涂層；采用電沉積技術，簡單易操作，能實現可控制備。

本發明采用如下技術方案：

本發明的石墨烯復合防腐涂層的制備方法的具體步驟如下：

(1)配制具有多個羥基或氨基基團的有機涂層溶液；

用具有多個羥基/或氨基基團的有機聚合物配制具有多個羥基或氨基基團的有機涂層溶液；

(2)配制氧化石墨烯或改性石墨烯溶液；

(3)金屬表面預處理；

用金相砂紙打磨金屬表面，用金相拋光機拋光，拋光完畢后再依次用無水乙醇、丙酮、無水乙醇、去離子水除油清洗；

(4)電沉積有機涂層膜；

以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極，預處理后的金屬作為工作電極進行電沉積，在30-55℃、0.05-20Hz，基礎電位-0.55～-0.30V，沉積電位-1.15～-0.70V下，在步驟(1)配制的有機涂層溶液中成膜100-300s，干燥固化；

(5)制備石墨烯復合防腐涂層；

將步驟(4)處理后的金屬加入到步驟(2)配制的氧化石墨烯或改性石墨烯溶液中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極，金屬作為工作電極進行電沉積，在30-55℃、0.05-20Hz，基礎電位-0.55～-0.30V，沉積電位-1.15～-0.70V下，在步驟(2)配制的氧化石墨烯或改性改性石墨烯溶液中成膜100-300s，干燥固化；

然后再將金屬放入步驟(1)配制的有機涂層溶液中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極，金屬作為工作電極進行電沉積，在30-55℃、0.05-20Hz，基礎電位-0.55～-0.30V，沉積電位-1.15～-0.70V下，在步驟(1)配制的有機涂層溶液中成膜100-300s，干燥固化，即可得到本發明的石墨烯復合防腐涂層。

步驟(1)中，具有多個羥基或氨基基團的有機涂層溶液中具有多個羥基/或氨基基團的有機聚合物包括聚醇胺類化合物、天然及合成的多羥基化合物以及其它具有多個羥基或氨基基團的有機聚合物，如聚乙烯醇、多巴胺、殼聚糖、硅烷偶聯劑等，優選硅烷偶聯劑，更優選雙-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(BTESPT)。