海洋装备用石墨烯基涂层的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂层的制备领域，更涉及一种石墨烯基涂层的制备技术。
【背景技术】
[0002] 船舶游艇、海洋平台、岛礁、桥墩、风力发电、海水淡化、海洋监测等海洋装备长期 在尚盐、尚湿、昌含生物甚至尚压的近岸浅海或深海环境下作业，尚压、尚盐等特殊环境下 的密封、防腐、防生物附着等表面防护是海洋装备的关键技术之一，也是世界性的难题。随 着环保要求的日益严格，二氧化硅等新型无机防腐蚀涂层成为研发热点，但现有技术的二 氧化硅涂层存在致密性和防腐蚀性能不足等问题。而石墨烯是最新一代特种材料，具有超 薄超轻、坚硬、表面可修饰性强、高耐腐蚀性、高耐磨性等优点，尤其是在防腐蚀方面具有优 良特性。本发明利用石墨烯的优点，来改善现有二氧化硅防腐蚀涂层的存在不足，提供一种 优良防腐蚀、防污性、环保型的新型涂层，以应用于船舶游艇、岛礁建设、桥墩、船舶制造、深 海潜艇、深海机器人、海洋监测设备、海洋探测装备、海上浮标、海上养殖平台、海上钻井平 台、海上风电平台等海洋装备的表面涂层。满足市场需求，具有重要的应用价值。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种石墨烯基涂层。
[0004] 本发明石墨烯基涂层的制备方法，依次包含以下步骤：
[0005] (A)配制至少包含llwt%~20wt%正娃酸乙酯、0 .Olwt%~2wt%石墨稀衍生物、 0 · 1 wt %~1 Owt %铈盐、0 · 01 wt %~1 wt %表面活性剂、水及乙醇的涂料；
[0006] (B)将涂料以喷涂、浸涂、刷涂中的至少一种方法在基体材料表面制备涂层；
[0007] (C)将基体材料表面的涂层在100~400 °C温度下进行干燥。
[0008] 本发明涂料中的石墨烯衍生物为氧化石墨烯、氧化石墨烯球、氧化石墨烯片、石墨 稀、类石墨稀、石墨稀微片、纳米石墨片中的至少一种，更优为氧化石墨稀片。涂料中的石墨 稀衍生物的含量为0.05wt%~lwt%，更优为0. lwt%~0.5wt%。涂料中的石墨稀衍生物的 粒径分布Dio~Dgo为5μηι~50μηι，更优为ΙΟμπι~20μηι。涂料中的石墨稀衍生物的中值厚度为 10nm ~50nm，更优为 20nm ~40nm。
[0009] 本发明涂料中的铺盐为硝酸铺、碳酸铺、硫酸铺中的至少一种，铺盐的含量为为 0.5wt% ~5wt%，更优为 lwt% ~3wt%。
[0010] 本发明表面活性剂为十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种，表面活 性剂的含量为〇.〇5wt%~0.5wt%，更优为0· lwt%~0.2wt%。
[0011 ] 本发明涂料中正硅酸乙酯的含量为11 wt %~15wt %。
[0012] 本发明石墨烯基涂层的干燥温度为200°C~300°C。经干燥后涂层的致密性、剥离 强度、防腐蚀性进一步提高。
[0013] 本发明石墨烯基涂层可应用于碳钢、铝合金、树脂、混凝土、钛合金中任何一种海 洋装备上常用的基体材料。
[0014] 本发明的有益效果在于，提供一种优良防腐蚀性、防污性、环保型石墨烯基涂层作 为海洋装备的表面涂层。
【具体实施方式】
[0015] 本发明石墨烯基涂层的制备方法，依次包含以下步骤：
[0016] (A)配制至少包含llwt%~20wt%正娃酸乙酯、0 .Olwt%~2wt%石墨稀衍生物、 0.1￥七％~1〇￥七％铈盐、0.01￥七％~1￥七％表面活性剂、水及乙醇的涂料。
[0017] (B)将涂料以喷涂、浸涂、刷涂中的至少一种方法在基体材料表面制备涂层；
[0018] (C)将基体材料表面的涂层在200~400°C温度下进行干燥。
[0019] 本发明涂料中的石墨烯衍生物为氧化石墨烯、氧化石墨烯球、氧化石墨烯片、石墨 稀、类石墨稀、石墨稀微片、纳米石墨片中的至少一种，更优为氧化石墨稀片。涂料中的石墨 稀衍生物的含量为0.05wt%~lwt%，更优为0. lwt%~0.5wt%。涂料中的石墨稀衍生物的 粒径分布Dio~Dgo为5μηι~50μηι，更优为ΙΟμπι~20μηι。涂料中的石墨稀衍生物的中值厚度为 10nm ~50nm，更优为 20nm ~40nm。
[0020] 本发明涂料中的铈盐为硝酸铈、碳酸铈、硫酸铈中的至少一种，铈盐的含量为 0.5wt% ~5wt%，更优为 lwt% ~3wt%。
[0021] 本发明表面活性剂为十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种，表面活 性剂的含量为〇.〇5wt%~0.5wt%，更优为0· lwt%~0.2wt%。
[0022] 本发明涂料中正硅酸乙酯的含量为11 wt %~15wt %。
[0023]本发明石墨烯基涂层的干燥温度为200°C~300°C。
[0024]下面进一步通过实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本 发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发 明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的 工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适 的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0025] 实施例1
[0026] 氧化石墨烯的制备：向反应器中依次加入500ml浓硫酸、10g硝酸钠、60g高锰酸钾 和l〇g石墨，室温搅拌，将80°C热水匀速滴加至反应器中，待放热完全后，加入双氧水至再无 气泡生成，结束反应；以250rpm转速球磨法剥离5h，离心洗涤至溶液呈中性，得到氧化石墨 稀分散液。所制备的氧化石墨稀的粒径分布Dio~D9Q为Ιμπι~ΙΟμL?，中值厚度为lnm。
[0027] 二氧化硅溶胶的制备:将正硅酸乙酯加入到100g无水乙醇中，搅拌lh，为溶液A;将 l〇〇g乙醇与200g去离子水混合并用盐酸调节pH为3，为溶液B;边搅拌边将溶液B缓慢滴加入 溶液A中，滴加完成后再继续搅拌lh。其中正硅酸乙酯的含量为llwt%。
[0028] 石墨烯基涂料的制备:将氧化石墨烯分散液、硝酸铈、十二烷基磺酸钠加入到二氧 化硅溶胶中，搅拌lh，并放置24h，制成石墨烯基涂料。涂料中氧化石墨烯的含量为 0.0 lwt %，硝酸铈的含量为0. lwt %，十二烷基磺酸钠的含量为0.0 lwt %。
[0029] 石墨烯基涂层的制备:将铝合金表面处理后，以lcm/min的速率垂直浸入石墨烯涂 料中，保持5min，以lcm/min的速率石墨烯基涂料中提起，室温瞭干10mim，在100°C下干燥 30min，在错合金表面制备石墨烯基涂层。
[0030] 实施例2
[0031] 与实施例1不同的是石墨烯基涂料中氧化石墨烯的含量为0.05wt%，硝酸铈的含 量为0.5wt %，十二烷基磺酸钠的含量为0.05wt %。
[0032] 实施例3
[0033] 与实施例1不同的是石墨烯基涂料中氧化石墨烯的含量为O.lwt%，硝酸铈的含量 为lwt%，十二烷基磺酸钠的含量为0. lwt%。
[0034] 实施例4
[0035] 与实施例1不同的是石墨烯基涂料中氧化石墨烯的含量为0.5wt%，硝酸铈的含量 为3wt %，十二烷