[发明专利]一种接枝改性的石墨烯原位生成疏水防污涂层的制备方法

说明书

一种接枝改性的石墨烯原位生成疏水防污涂层的制备方法，按照以下步骤实施：步骤一：两步法接枝改性，制备具有空间位阻的氧化石墨烯；步骤二：改性石墨烯原位嫁接纳米二氧化钛；步骤三：加入疏水成膜物，得到超疏水防污涂层；本发明提出两步法制备空间位阻改性石墨烯；得到的石墨烯在体系中容易分散，充分利用石墨烯巨大比表面积的优点，使体系的防污抗生物和防腐能力完全发挥，为石墨烯的难分散，提出了一种解决方法；还以石墨烯为母版，原位生成纳米二氧化钛，在解决纳米二氧化钛难分散的同时，使石墨烯与二氧化钛结合更紧密，纳米二氧化钛光催化活性更高。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，是一种功能性复合涂层表面制备技术，特别涉及一种接枝改性的石墨烯原位生成疏水防污涂层的制备方法。

背景技术

研究表明在海洋环境下，生物污损是一个高度动态的过程。在这一过程中首先发生的是微生物粘附在材料表面形成复杂的微生物膜，而后大型污损生物附着于微生物膜层上，这是海洋生物污损发生的关键步骤。微生物初始附着于材料表面的难易程度与涂层的表面状态的性质有很重要关系。故对涂层的表面状态的研究与设计对减少海洋生物污损和海洋微生物腐蚀的发生具有意义。

目前对涂层的表面状态的研究与设计主要集中在三个方面。

(一)在不同的树脂基料中添加无机、有机及复配杀毒剂，以达到防污效果。其中主要集中在涂层体系中加入氧化铜或有机锡等杀毒剂来实现。该类化学物质会损坏海洋环境和海洋生物，并进一步通过食物链进入人体，危害人类生命安全。

(二)涂层中的成膜树脂表面具有防污的功能结构，包括疏水低表面能类，自抛光类，仿生物表面类。

超疏水低表面能涂层防污方面，许多学者进行了大量研究。其中Marmur从理论上分析了在材料表面具有充分粗糙度的情况下，实现水下具有热力学稳定性的超疏水表面构建是可行的。Shirtcliffe等发现具有纳米结构的超疏水表面能够在一定程度上抑制蛋白质的吸附，当处于剪切流体中，超疏水表面几乎不吸附蛋白质。Corat发现小鼠胚胎细胞会在超亲水的阵列碳纳米管薄膜上大量繁殖，而在超疏水的薄膜上几乎没有繁殖。Schoenfisch等合成了无毒、环保的超疏水凝胶膜，并证明了该膜很大程度上降低了金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的粘附。Scardino等报道了微纳米结构所构成的无毒环保的超疏水表面具有广谱的抗污损性能，包括从植物细胞到非游动袍子，再到具有高度选择机制的无脊椎动物幼虫。但是，海洋微生物的多样性，微生物细胞的表面性质(细胞类型、荷电性、亲疏水性等)也影响其在材料表面的附着。WangHua等研究了三种细菌在玻璃(亲水性)和十八烷基三氯硅烷修饰的玻璃(疏水性)表面的附着。结果表明：疏水性强的细菌更易在强疏水表面附着，而在玻璃等亲水性表面，亲水性强的细菌附着量更高。化工部海洋化工研究所发现，对于低表面能的防污涂料，其防污的持久性难以满足要求，在海水浸泡中很难长期保持稳定，并且对海洋生物具有选择性，尤其是防藻效果较差。此可见，仅依靠疏水表面抗多种微生物附着的效果并不是很理想。另外，该类涂料重涂性不好，并且迫切需要与涂料有关的各种配套设施技术的发展。

自抛光涂层逐层通过树脂主链的降解使表面不断自更新带动附着的海洋污损生物脱落而达到抗污染目的，同时由于降解产物为无毒小分子，可避免海洋塑料污染。但这种材料寿命较短，而且该涂料是在船舶航行中依靠水流的冲刷而起作用，如果船舶航行速度太低或者停泊时间太久。自抛光防污作用将降低，甚至不起作用。