[發明專利]一種石墨烯涂層材料及其應用

在審

• 申請號: 201711223020.5
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107936807A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 趙曉棟;陳科鋒;楊婕;盛善智
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D7/61;C09D7/62;C09D7/63;C09D7/65;C09D7/20;C09D5/08
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(普通合伙)33243
• 代理人: 龍洋

技術領域

本發明涉及一種涂層材料，尤其涉及一種石墨烯涂層材料及其在深海油管表面的應用，屬于金屬防腐技術領域。

背景技術

涂層是指附著在某一基體材料上起某種特殊作用，且與基體材料具有一定結合強度的薄層材料，對基層具有很好的保護作用。

石墨烯是目前人類已知最硬、最薄的納米新材料，可應用于電子、儲能、航天等多個領域。自從2012年澳大利亞莫納什大學和美國萊斯大學研究人員合作，用實驗制得的石墨烯薄膜作為涂層，使銅的耐腐蝕性增強百倍，這意味著開發保護性涂層開始了模式性的轉變。在2015年，江蘇如東發明了中國第一種石墨烯新型防腐涂料，填補了國內石墨烯運用于防腐領域的空白。

石墨烯的化學穩定性強、緩蝕性能優異，同時能提高涂料的抗沖擊性、附著力、耐水性、硬度等指標，是防腐涂料領域中極具前景的材料，且中國石墨烯產業規模正走向量化產業化生產。而另一方面，深海輸油管道由于輸送的油品中含有硫元素和酸性物質，外加管道受到海水的作用，導致管道易被腐蝕。所以開發一種石墨烯涂層材料應用于深海油管具有較大的實用性和推廣性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的上述問題，提出了一種適合低溫高壓環境并且防腐性能優異、使用壽命持久的石墨烯涂層涂料。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種石墨烯涂層材料，所述涂層材料主要由以下重量份數成分組成：石墨烯20-50份、聚氨酯30-50份、丁酮25-35份、乳化劑2-4份、固化劑10-15份、滑石粉10-20份、抗紫外穩定劑4-5份、聚丙烯酯5-8份、阻燃劑1-3份、填充母料5-20份、山梨醇2-6份、三聚磷酸鈉2-6份、異丙醇5-7份、硅丙乳液3-7份。

本發明石墨烯涂層材料的主要成膜物質為聚氨酯，具有耐油、耐低溫、耐老化、強度高、伸長率大等優點；丁酮和異丙醇作為溶劑，提高溶解能力；乳化劑可改善各成分之間的表面張力；固化劑主要是與成膜物質交聯，使固化后的物質達到一種理想狀態；滑石粉和填充母料一起搭配提高材料的剛度；抗紫外穩定劑有助于抑制強度、硬度的下降以及變色；聚丙烯酯可增強材料的附著力和粘度；山梨醇作為防腐劑，具有防止腐蝕的作用；三聚磷酸鈉有絡合和增溶的作用；硅丙乳液可增強涂料的耐水、耐酸、耐鹽性能，并且使膠膜更加致密、堅韌。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述石墨烯表面附著有偶聯劑。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑，所述鈦酸酯偶聯劑與石墨烯的重量比為(10-15)：(20-50)。

由于石墨烯的相容性較差，所以需要加入偶聯劑改善其親水性或親油性，且經過偶聯劑改性后的石墨烯抗彎強度顯著提高。而本發明之所以選擇鈦酸酯偶聯劑，是因為其合成工藝簡單，產品純度高，相比硅烷偶聯劑性能多、使用范圍廣，例如有極好的抗沖擊能力以及可形成單分子層，相比鋯酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑穩定性和耐化學藥品性更好。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述石墨烯通過氧化石墨還原法制得。氧化石墨還原法制備石墨烯操作較簡單，成本較低，可以大規模的進行制備。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述還原法中使用的還原劑為硼氫化鈉、水合肼、氫化鋁鋰中的一種，所述還原劑與氧化石墨的重量比為(3-6)：(40-100)。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述氧化石墨經過超聲處理，時間為30-35min。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述氧化石墨由石墨經強氧化劑氧化制成。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述乳化劑為純月桂基硫酸鈉、聚氧乙烯單硬脂酸酯、聚丙烯酰胺乳化劑中的至少一種。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述固化劑為改性胺類復合固化劑，如酚醛改性胺類環氧固化劑、丙烯腈改性三甲基乙二胺固化劑。改性固化劑可使固化反應溫度降低、時間減短、固化反應后的樹脂空間結構性更好，在涂層中有很好的分散性。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述抗紫外穩定劑為二苯酮。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述阻燃劑為磷氮系阻燃劑。

在上述的石墨烯涂層材料中，所述填充母料為云母鱗片。

本發明另一個目的在于提供上述石墨烯涂層材料的應用，所述石墨烯涂層材料用于深海油管表面。