[发明专利]一种嵌入聚苯胺纳米纤维的阳离子氧化石墨烯纳米片的制备方法

说明书

本发明提供一种嵌入聚苯胺纳米纤维的阳离子氧化石墨烯纳米片的制备方法，属于材料制备技术领域，首先，氧化石墨烯被二甲基甲酰胺(DMF)还原，并被羧酸官能化以获得阳离子还原的氧化石墨烯(RGO⁺)；然后将RGO⁺和聚苯胺纳米纤维(PANI)结合在一起，并将获得的优异纳米杂化物，掺入水性聚氨酯涂料基体中。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体地说是一种嵌入聚苯胺纳米纤维的阳离子氧化石墨烯纳米片的制备方法。

背景技术

腐蚀是各种金属及其合金面临的严重的破坏性现象。这个问题可能会对世界的经济和工业体系产生不利影响。大部分腐蚀情况源自裸露的金属表面与其周围环境的接触。为了减轻该问题，迫切需要开发有效的保护涂层以防止金属基材与恶劣环境(大气，化学物质等)之间的接触并抑制腐蚀过程。在某些特殊情况下，例如制药和化学工业，输油管道和油箱，金属表面应涂有既具有防腐性能又具有抗静电性能的涂料，以防止金属结构腐蚀，抑制静电荷的产生。此外，抗菌性能是涂料的另一特性，可能需要与防腐性能一起使用，以增强某些设备的性能。因此，开发同时具有防腐，抗静电和抗菌性能的涂料已经在工业界和学术界中引起了广泛的关注。

有机涂层(例如聚氨酯，环氧树脂等)已被广泛用于金属表面来减缓腐蚀过程的进行。其中，水性聚氨酯(WPU)有着极低的有机化合物挥发性，高耐化学性，优异的耐磨性以及对不同基材的强粘附性，因此是一种可以被选作为合适物理屏障的有机涂层。将不同的纳米材料作为添加剂与水性聚氨酯基体混合，不仅可以有效地产生长期的腐蚀保护，而且可以在改性的WPU涂层上赋予纳米材料独特的性能。

聚苯胺(PANI)是生产防腐蚀涂料的最有潜力的添加剂之一，这主要是由于其合成过程简单，化学稳定性和环境稳定性高，成本低以及导电性良好。该防腐剂拥有多种多样的纳米结构形式，例如纳米纤维，纳米管和纳米棒。PANI纳米纤维的防腐性能主要来源于以下几个方面，例如屏障作用、缓蚀作用、阳极保护、电化学界面的移位等。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种嵌入聚苯胺纳米纤维的阳离子氧化石墨烯纳米片的制备方法。

本发明的创新点主要在以下几个方面:

1.将不同的纳米材料作为添加剂与水性聚氨酯基体混合，不仅可以有效地产生长期的腐蚀保护，而且可以在改性的WPU涂层上赋予纳米材料独特的性能。

2.可以通过将各种纳米材料引入PANI链，来显着提高含PANI的防腐涂料的性能。石墨烯(RGO)具有高长宽比、高机械强度、导热性高和导电性好的优点，因此是一种很好的改性纳米材料。

3.RGO⁺表面上存在季铵基团，不仅提高了其在WPU水分散液中的分散性，而且还通过在石墨烯片上产生静电荷使石墨烯具有抗菌作用。

4.通过加入RGO⁺改性的PANI纳米填料，在水性聚氨酯(WPU)基涂料中同时引发防腐，抗静电和抗菌性能，而不会降低WPU基涂料的原始性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种嵌入聚苯胺纳米纤维的阳离子氧化石墨烯纳米片的制备方法，制备方法为：

首先，氧化石墨烯被二甲基甲酰胺(DMF)还原，并被羧酸官能化以获得阳离子还原的氧化石墨烯(RGO⁺)；

然后将RGO⁺和聚苯胺纳米纤维(PANI)结合在一起，并将获得的优异纳米杂化物，掺入水性聚氨酯涂料基体中。

可选地，具体步骤如下：

步骤S1、阳离子还原氧化石墨烯(RGO⁺)的合成

步骤S101、单层氧化石墨烯(GO)的制备