[发明专利]一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层及其制备方法

说明书

一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层及其制备方法，属于超疏水防腐涂层技术领域，可解决目前超疏水涂层结构和性能不稳定，超疏水涂层防腐性能差，及不能大规模制备等问题。本发明包括以下步骤：首先，合成一种具有低表面能的纳米粒子油性分散液，以及分散性好的石墨烯/树脂复合油性分散液；其次，先后在金属基底上喷涂石墨烯/树脂复合油性分散液和纳米粒子油性分散液，制备得到双层夹杂结构的涂层。相对传统超疏水防腐涂层，疏水性能和防腐性能更加优异，表面结构和性能更加稳定，且可以大面可控制备，加速超疏水涂层在防腐领域的工程化应用。

技术领域

本发明属于超疏水防腐涂层技术领域，具体涉及一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层及其制备方法。

背景技术

超疏水涂层在水中，容易在其与水介质界面形成一层气化膜，能有效隔绝水中腐蚀离子向涂层内部渗透，且能防止微生物在涂层表面富集，可有效提高涂层的防腐效果和使用寿命，因而，超疏水涂层在高效、长寿命金属海洋重防腐领域具有广泛应用前景。

最近，人们已广泛开展了超疏水涂层合成的及在金属防腐领域的研究，其关键技术是如何在金属表面制备具有超疏水且兼具高稳定性的涂层。构建微-纳米粗躁结构和低表面的表面能是实现超疏水两个有效途径。然而，仅通过调控和降低涂层基体的表面能，很难得到超疏水表面（接触角120^o）。前期研究中，主要通过水溶液化学法、化学或激光刻蚀法、水热法、阳极处理法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、纳米复合涂层法和模板法等在金属表面构建多孔或阵列结构的涂层。研究发现，这种多孔或阵列结构的涂层拥有优异的超疏水特性，但是，因为多孔或阵列结构粗躁度大，机械性强度不高，在受到外界作用时，很容易被破坏，导致其疏水性能下降，且疏水涂层也易产生裂纹和缺陷，降低涂层材料的防腐性能和使用寿命。因而，如何在金属表面制备得到兼具优异超疏水性和结构稳定性的涂层，仍然是超疏水技术在防腐领域应用的最大困难和挑战。此外，前期这些超疏水涂层的制备方法，大多存在设备昂贵、重复性差或工艺繁琐等缺陷，只适用于实验研究，不能大规模生产制备。因此，如何发展一种操作简单、能大规模应用和性能稳定的超疏水涂层制备方法就显得具有重要的价值与意义。

发明内容

本发明针对现有超疏水防腐涂层的超疏水性、机械性能和加工稳定性难以同时优化的问题，提供一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层，包括从外到内依次喷涂于金属基底层上的外涂层和内涂层，其中，外涂层为具有低表面能的纳米粒子组装膜，内涂层为石墨烯/树脂掺杂复合膜。

一种双层夹杂结构的超疏水石墨烯防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：

第一步，低表面能的纳米粒子油性分散液的制备

a. 称取4~6g的NaOH溶于92.5mL的去离子水中，配制NaOH溶液备用，分别称取2.86~4.29g的FeCl₂·4H₂O和4.864~7.296g的FeCl₃·6H₂O，溶于70~120ml去离子水中，超声分散为均匀的溶液后，转移至烧瓶中加热，当温度升至65~75℃时，按照1滴/秒的速率开始向烧瓶中滴加NaOH溶液，滴加完成后，继续在65~75℃条件下，反应1.5h，反应结束后，冷却至25℃，用去离子水超声洗涤若干次，得到磁性粒子，将磁性粒子超声分散至250~350ml体积比为1:4的水/乙醇溶液中，得到稳定的Fe₃O₄分散液；