[发明专利]基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料及其制备方法

说明书

基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料，该片层材料由质量比为1：（3‑6）的水滑石与氧化石墨烯复合而成，呈表面层状清晰的片层堆叠状结构，其粒径大小为10‑20μm，平均比表面积为1800m²g^‑1。本发明制备的纳米协同增强片层材料，利用纳米材料间的协同作用，首先通过硅烷偶联剂将水滑石和氧化石墨烯结合，减弱了氢键的形成，利于水滑石在有机溶剂中的分散；其次，水滑石在氧化石墨烯表面的负载可同时增加两种材料的层间距离，增强了纳米杂化物与环氧树脂基体的相容性；最后，水滑石与氧化石墨烯同属二维层状结构纳米材料，应用于防腐涂层中可增强涂层的屏蔽性能，能够进一步增强涂层的防腐性能，实用效果较好。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备技术领域，具体地说是一种基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料及其制备方法。

背景技术

随着国际海事组织（IMO）制订的各种限制船舶废物排放的国际公约（AFS公约、PSPC公约等）密集出台，我国也颁布法令，明确将苯、甲苯等类型的VOC纳入征税范围，绿色造船技术日益成为造船业竞争力的关键。目前，我国绿色造船技术面临的主要问题为如何提高资源利用效率、安全环保和减少环境危害。而重防腐涂料作为目前船舶用量大、技术难度较高的功能涂料，在基于传统原材料的涂料发展模式下产品升级换代均遇到诸如VOC含量高、性能单一等技术瓶颈。

石墨烯作为一种无污染、无排放的新型二维片层碳材料，其特殊的层状结构具有优异的化学稳定性、大的比表面积和出色的热稳定性，应用极少的量就可以层错排列起到有效的阻挡和物理屏蔽作用，延缓涂层受热产生的变形和流动，在减少有机溶剂用量的同时显著提高涂层在高温、高湿、高盐下的综合性能。因此，开展石墨烯绿色船舶涂层材料体系研发与应用技术研究，可解决当下绿色造船存在的问题，实现节能环保的关键技术，突破涂层多功能化技术需求，为提高功能涂料对船舶与海洋工程装备的防护奠定扎实的技术基础。但氧化石墨烯分子结构表面的羟基和边缘的羧基易参与多种活化反应，不经修饰的氧化石墨烯存在亲水性强、亲油性差的特点，故不利于其在船舶重防腐领域的应用。

水滑石（LDH），又称为层状双金属氢氧化物，是一种阴离子型二维层状化合物。水滑石的二维层状结构在防腐涂料中具有广泛应用。当腐蚀介质通过涂层中的微孔和裂纹接触基材的过程中，水滑石的存在可发挥屏蔽作用，使腐蚀介质的渗透路径更复杂，延缓腐蚀的发生。但水滑石自身的分散性较差，在涂料体系中易团聚，因此，限制了其防腐性能的发挥。

中国专利CN 112850690 A公开了一种石墨烯负载的双过度金属硫化物复合材料，以石墨烯、钼酸铵、硝酸钴、硝酸铝和氢氧化钠为原料，获得了一种石墨烯负载的插层钴铝水滑石。该发明所采用的是钴铝水滑石和石墨烯进行复合，改性方法为物理负载，但直接物理负载后，水滑石与石墨烯相互接触，两者之间的片层间距减小，应用于腐蚀防护领域时无法充分协同发挥二者的片层屏蔽特性，造成其使用效果较差。

发明内容

本发明的技术目的为：采用水滑石和氧化石墨烯为原料，利用纳米材料间的协同作用，制备一种基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料，其通过硅烷偶联剂将水滑石和氧化石墨烯进行了有效地接枝复合，减弱了氢键的形成，并有效扩大了水滑石和氧化石墨烯之间的层间距离，不仅有利于成品片层材料在功能涂料体系中的相容性和分散性，纳米二维层状结构的水滑石与氧化石墨烯还能够有效叠加，起到协同的屏蔽式防腐功用，以进一步增强涂层的防腐性能和使用寿命。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料，该片层材料由质量比为1：（3-6）的水滑石与氧化石墨烯复合而成，呈表面层状清晰的片层堆叠状结构，其粒径大小为10-20μm，平均比表面积为1800m²g^-1。

一种基于氧化石墨烯的纳米协同增强片层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、硅烷化水滑石的合成