[發(fā)明專利]還原氧化石墨烯、四氧化三鐵和聚苯胺的三元納米復(fù)合材料制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN107964097B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱愛萍;史萍萍
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;C08K3/22;C08K3/04;C09D133/04;C09D5/08;C09D7/61;C09D7/65
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

還原氧化石墨烯、四氧化三鐵和聚苯胺的三元納米復(fù)合材料制備方法及應(yīng)用，涉及用于水性防腐涂層材料的功能納米防腐復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。由氧化石墨烯、四氧化三鐵和苯胺經(jīng)還原反應(yīng)及氧化聚合反應(yīng)形成三元界面間具有電子轉(zhuǎn)移相互作用的納米復(fù)合材料，氧化石墨烯、四氧化三鐵和苯胺的投料質(zhì)量比為3∶4～7∶6～24。將構(gòu)建的三元納米復(fù)合材料填充于水性涂料樹脂中制備水性納米涂料，發(fā)現(xiàn)水性涂層涂層相比未填充納米復(fù)合材料的涂層，具有更加優(yōu)異的防腐性能。三元納米復(fù)合材料高效防腐機(jī)理納米復(fù)合材料的高效阻隔性能以及金屬表面的鈍化功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于水性防腐涂層材料的功能納米防腐復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬腐蝕是指金屬和它所處的環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用，引起金屬的變質(zhì)和損壞。金屬的腐蝕給整個社會帶來巨大的損失，如何減輕金屬腐蝕已經(jīng)成為備受人們關(guān)注的問題。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因為腐蝕而被破壞的鋼鐵達(dá)總量的1/3以上，不可回收利用的金屬腐蝕物達(dá)到總量的1/9，這造成資源的巨大浪費。另一方面，金屬設(shè)備的腐蝕會給生產(chǎn)、生活帶來較大的安全隱患，例如化工設(shè)備發(fā)生腐蝕易導(dǎo)致設(shè)備穿孔引發(fā)化學(xué)原料泄露，從而引起爆炸和有毒物質(zhì)擴(kuò)散，給生產(chǎn)工人和周邊居民以及環(huán)境造成極大的危害。因此，各國研究人員設(shè)法研究以減緩和阻止腐蝕的發(fā)生。

目前經(jīng)濟(jì)適用的金屬防腐方法是在金屬表面涂覆防腐涂料，以延長金屬使用壽命。傳統(tǒng)防腐涂料設(shè)計原理大多采用富鋅底漆，富鋅底漆的鋅粉設(shè)計濃度不低于防腐涂料的70%（重量），才能實現(xiàn)犧牲陽極保護(hù)陰極（金屬基材），或采用鉻、鎳等有毒重金屬在金屬基材表面形成致密的金屬絡(luò)合物，實現(xiàn)防腐。上述方案不是造成資源的過度消耗，就是給環(huán)境帶來有毒物質(zhì)。迄今，還沒有理想的方法克服上述問題，因此開發(fā)綠色、高效防腐填充材料賦予涂料理想的防腐性能一直是科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究方向。

導(dǎo)電聚合物如聚苯胺具有可逆的氧化還原活性，能持續(xù)使金屬表面發(fā)生鈍化而被認(rèn)為是一類綠色防腐材料，在防腐領(lǐng)域也有著極大的應(yīng)用價值。然而，聚苯胺在pH＞5時將失去電化學(xué)活性，在海洋等高pH環(huán)境（pH≥7）的應(yīng)用場合，其電化學(xué)防腐作用便會喪失，這在很大程度上限制了聚苯胺在防腐領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

石墨烯由于其具有獨特的納米片層形貌、比表面積大、高效阻隔等優(yōu)點，在防腐涂料應(yīng)用中近年來引起廣泛的研究興趣。但石墨烯難于在水性涂料樹脂中的分散，這限制了石墨烯防腐涂料的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出一種具有高效防腐性能的還原氧化石墨烯、四氧化三鐵和聚苯胺的三元納米復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的制備方法是：由氧化石墨烯、四氧化三鐵和苯胺經(jīng)還原反應(yīng)及氧化聚合反應(yīng)形成三元界面間具有電子轉(zhuǎn)移相互作用的納米復(fù)合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯、四氧化三鐵和苯胺的投料質(zhì)量比為3∶4～7∶6～24。

在以上投料比范圍內(nèi)，復(fù)合材料界面間形成電子轉(zhuǎn)移相互作用而強化聚苯胺的氧化還原活性，特別是在中性乃至堿性環(huán)境中仍然保持氧化還原活性。通過將構(gòu)建的三元納米復(fù)合材料填充于水性涂料樹脂中制備水性納米涂料，發(fā)現(xiàn)水性涂層涂層相比未填充納米復(fù)合材料的涂層，具有更加優(yōu)異的防腐性能。三元納米復(fù)合材料高效防腐機(jī)理納米復(fù)合材料的高效阻隔性能以及金屬表面的鈍化功能。

制備的具體方法是：先將氧化石墨烯和四氧化三鐵在超聲條件下分散到水中，加入苯胺后，在95℃條件下反應(yīng)，得到苯胺還原的氧化石墨烯（rGO）負(fù)載Fe₃O₄二元復(fù)合材料；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系的pH值調(diào)至1～2，再加入引發(fā)劑過硫酸銨進(jìn)行rGO負(fù)載Fe₃O₄表面苯胺的氧化聚合反應(yīng)；反應(yīng)24小時后得到rGO/Fe₃O₄/PANI三元納米復(fù)合材料，以乙醇和水分別洗滌三次后，干燥得到粉末狀三元納米復(fù)合材料。

本發(fā)明另一目的是提出氧化石墨烯、四氧化三鐵和聚苯胺的三元納米復(fù)合材料的應(yīng)用。