一种石墨烯改性聚苯胺涂料及其制备方法与应用

本发明涉及金属防腐涂层制备，特别涉及一种石墨烯改性聚苯胺涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、海洋防腐关系到海洋安全和海洋经济发展。目前，应用最广泛的海洋防腐方式是采用有机涂层。长期服役后，有机涂层中的铬酸盐、金属、金属氧化物等填料会释放出重金属离子，危害环境。为此，研究人员开发各种高性能、环境友好型填料来提高有机涂层性能。聚苯胺(pani)，一种导电聚合物，具有优异的导电性和氧化还原可逆性，能够用作有机涂层填料，促使涂层下金属表面生成保护性氧化膜，提高涂层对金属的保护性能。但是，随着服役时间的延长，掺杂态pani会发生脱掺杂，导电性下降，弱化其对金属的钝化。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性聚苯胺涂料及其制备方法与应用，旨在解决现有pani复合涂层在使役过程中钝化能力不断下降的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其中，包括步骤：

4、在高浓度硫酸溶液中对石墨电极施加第一电压，完成对石墨电极的插层，所述高浓度硫酸溶液的浓度大于95％；

5、在中等浓度硫酸溶液中对完成插层的石墨电极施加第二电压，完成对石墨的氧化和剥离，得到石墨烯硫酸混合液，所述第二电压小于第一电压，所述中等浓硫酸溶液的浓度为30-70％；

6、对所述石墨烯硫酸混合液进行超声处理和离心清洗后，得到初始石墨烯分散液；

7、对所述初始石墨烯分散液进行分级离心处理，得到分级后的石墨烯分散液；

8、向所述分级后的石墨烯分散液中加入苯胺单体和磺基水杨酸，在冰水浴并搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，原位合成石墨烯改性聚苯胺混合液，记为go-pani混合液；

9、采用透析的方式对所述go-pani混合液进行清洗得到go-pani分散液，将所述go-pani分散液与水性环氧树脂混合均匀后再加入固化剂，即制得石墨烯改性聚苯胺涂料。

10、所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其中，所述第一电压为8-15v，施加第一电压的时间为15-25min；所述第二电压为4-6v，施加第二电压的时间为1-5min。

11、所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其中，对所述初始石墨烯分散液进行分级离心处理，得到分级后的石墨烯分散液的步骤包括：

12、对所述初始石墨烯分散液先进行400-600r/min的低速离心处理，保留上清液去除尺寸较厚的石墨烯和未完全剥离的石墨片；

13、再对所述上清液进行9000-11000r/min的高速离心处理，保留沉淀去除石墨烯量子点，将所述沉淀分散在去离子水中，得到分级后的石墨烯分散液。

14、所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其中，所述分级后的石墨烯分散液的浓度为0.01-0.1g/ml，所述掺杂酸的浓度为0.5-3mol/l，所述苯胺单体的浓度为1-3mol/l。

15、所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其中，所述氧化剂为氯化铁或过硫酸铵，所述氧化剂与苯胺单体的浓度比为1：1-2。

16、所述石墨烯改性聚苯胺材料的制备方法，其中，所述水性环氧树脂与固化剂以及go-pani分散液的质量比为：5-10：1：1-4。

17、一种石墨烯改性聚苯胺材料，其中，采用本发明所述石墨烯改性聚苯胺材料的制备方法制得。

18、一种石墨烯改性聚苯胺材料的应用，其中，将本发明所述的石墨烯改性聚苯胺材料用于制备金属防腐涂层。

19、所述的应用，其中，将石墨烯改性聚苯胺材料用于制备金属防腐涂层的步骤包括：

20、将所述石墨烯改性聚苯胺材料涂覆在金属表面，烘干后在金属表面形成金属防腐涂层，烘干温度为20-80℃。

21、所述的应用，其中，所述金属为易钝化的不锈钢或铝合金。

22、有益效果：本发明提供的方法是将电化学剥离的初始石墨烯溶液经过分级离心后直接加入苯胺聚合的反应液，聚合后生成的石墨烯改性聚苯胺混合液可直接用作水性涂层的稀释剂制备石墨烯改性聚苯胺涂料。本发明一方面，通过改变电化学剥离过程的电压以及溶液的浓度，可促进石墨烯的剥离，实现批量化生产，有利于高效防腐复合涂层产业化的实现；另一方面，整个过程避免了传统有机涂层填料干燥后再分散的复杂步骤，减少制备工序同时也杜绝了填料在干燥过程时的严重团聚，在树脂中具有良好的分散稳定性，这保证了pani优异钝化能力和防护性能的实现；本发明通过实验验证了石墨烯改性对pani涂层钝化能力的提升，实现了石墨烯改性聚苯胺涂料对金属基体的高效防护。

技术特征：

1.一种石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其特征在于，所述第一电压为8-15v，施加第一电压的时间为15-25min；所述第二电压为4-6v，施加第二电压的时间为1-5min。

3.根据权利要求1所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其特征在于，对所述初始石墨烯分散液进行分级离心处理，得到分级后的石墨烯分散液的步骤包括：

4.根据权利要求1所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其特征在于，所述分级后的石墨烯分散液的浓度为0.01-0.1g/ml，所述掺杂酸的浓度为0.5-3mol/l，所述苯胺单体的浓度为1-3mol/l。

5.根据权利要求1所述石墨烯改性聚苯胺涂料的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为氯化铁或过硫酸铵，所述氧化剂与苯胺单体的浓度比为1：1-2。

6.根据权利要求1所述石墨烯改性聚苯胺材料的制备方法，其特征在于，所述水性环氧树脂与固化剂以及go-pani分散液的质量比为：5-10：1：1-4。

7.一种石墨烯改性聚苯胺材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述石墨烯改性聚苯胺材料的制备方法制得。

8.一种石墨烯改性聚苯胺材料的应用，其特征在于，将权利要求7所述的石墨烯改性聚苯胺材料用于制备金属防腐涂层。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将石墨烯改性聚苯胺材料用于制备金属防腐涂层的步骤包括：

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述金属为易钝化的不锈钢或铝合金。

技术总结
本发明涉及金属防腐涂层制备技术领域，公开了一种石墨烯改性聚苯胺涂料及其制备方法与应用，其中，制备方法包括步骤：采用电化学剥离的方法制备初始石墨烯分散液；对初始石墨烯分散液进行分级离心处理，得到分级后的石墨烯分散液；向所述分级后的石墨烯分散液中加入苯胺单体和磺基水杨酸，在冰水浴并搅拌的条件下逐滴加入氧化剂，原位合成石墨烯改性聚苯胺混合液；将石墨烯改性聚苯胺混合液与水性环氧树脂混合均匀后再加入固化剂，即制得石墨烯改性聚苯胺涂料。本发明通过实验验证了石墨烯改性对PANI涂层钝化能力的提升，实现了石墨烯改性聚苯胺涂料对金属基体的高效防护。

技术研发人员：刘素云,申鹏,刘虎,董志君,杜尚波,刘莉
受保护的技术使用者：深圳信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11