[发明专利]石墨烯防腐防污纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯防腐防污纳米材料及其制备方法与应用。所述石墨烯防腐防污纳米材料具有式(Ⅰ)所示的结构：其中，R₁，R₂包括氢、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的脂肪链基团、取代或未取代的脂肪环基团等。本发明提供的石墨烯防腐防污纳米材料的制备方法是将石墨烯进行边缘酰胺功能化，其中石墨烯纳米片是提供超强屏蔽性能的阻隔剂，而酰胺基团能够提供防污活性，这使得获得的石墨烯防腐防污纳米材料能够同时兼具优异的屏蔽性、耐蚀性、溶解性和显著的海洋防污效果，可大规模地进行生产和在海洋重防腐、防污及导热涂层等领域应用，具有显著的创新意义和工程实用价值，市场前景非常广阔。

技术领域

本发明涉及纳米材料中防腐防污领域，涉及一种功能性石墨烯材料，具体涉及一种基于石墨烯纳米材料的防腐防污功能材料及其制备方法与应用。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，海洋具有潜在的巨大经济利益和国防地位。发展海洋装备，建设海洋工程是推进和实施国家海洋规划的重要内容。其中，生物腐蚀和污损是长期处于海洋环境下服役的海洋装备和海洋工程无法回避的问题。生物腐蚀和污损的主要危害有以下两个方面：一、附着增重，海生物附着于船底会增加阻力、降低航速、增加燃油消耗，附着于工厂管道、养殖网箱会堵塞管道和网眼，附着于潜艇声呐罩会减弱信号；二、腐蚀破坏，海生物的附着可以破坏漆膜加速钢板的腐蚀，还可以分泌有机酸腐蚀钢结构和混凝土结构。因此，控制生物污损、开发海洋防污涂层对国民经济和国防安全都非常重要。传统的防污涂层主要是在舰船和海洋工程材料表面涂覆含有铅、三丁基有机锡、氧化亚铜、敌敌畏等有毒成分的防腐防污涂料，但随着《国际控制船舶有害防污体系公约》(AFS公约)与《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(POPS公约)的推行，这些防污涂料的应用受到限制即将退出防污涂料领域。因而，人们迫切需要一种环保高效防腐防污涂料来替代以上传统单一防污涂料，以满足海洋工程材料和舰船的防污需求。

石墨烯具有优异的化学稳定性以及对水分子、氧气、空气的物理屏蔽性能，被认为是一种最理想的防污和防腐护材料。虽然近年来石墨烯材料的的防污和防腐研究取得了一定的进展，但相关理论研究和技术开发在整体上仍处于初步探索阶段，存在许多亟需改进或突破的地方。具体而言，石墨烯虽然是理想的防腐材料，在海洋设备防腐领域具有明显的优势及广泛的应用前景，然而，由于较高的比表面积和强烈的范德华作用力，石墨烯片层在聚合物基体中极易产生不可逆的团聚现象。这导致石墨烯在聚合物涂料中的性能大大降低。此外，如何使石墨烯同时起到防腐和防污的作用，仍是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯防腐防污纳米材料及其制备方法与应用，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种石墨烯防腐防污纳米材料，其具有式(Ⅰ)所示的结构：

其中，R₁，R₂包括氢、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的脂肪链基团、取代或未取代的脂肪环基团中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了一种石墨烯防腐防污纳米材料的制备方法，其包括：

提供羧基化石墨烯；

以胺类化合物对所述羧基化石墨烯进行酰胺化处理，获得石墨烯防腐防污纳米材料；

其中，所述胺类化合物具有式(Ⅱ)所示的结构：

其中，R₁，R₂包括氢、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的脂肪链基团、取代或未取代的脂肪环基团中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：

提供天然石墨；