[发明专利]含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及应用

说明书

本发明涉及防腐防污纳米复合材料，具体的说一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及其作为防腐防污纳米填料在聚合物涂层的应用。石墨烯基纳米材料与氧化锌量子点杂化获得纳米杂化物，而后经硅烷官能化获得防腐防污纳米复合材料。本发明所得直径在1‑10nm范围内的氧化锌量子点具有固有的生物相容性、水溶性和独特的光学性质，且制备成本低。将其与二维片状结构氧化石墨烯纳米材料杂化改性处理后应用在涂层基体中；因此，在本发明中，利用氧化锌量子点结合氧化石墨烯的潜在应用来制备防腐防污材料。

技术领域

本发明涉及防腐防污纳米复合材料，具体的说一种含石墨烯基纳米材料/氧化锌量子点的防腐防污纳米复合材料及其作为防腐防污纳米填料在聚合物涂层的应用。

背景技术

污损生物指附着船底、浮标和一切人工海洋设施上的动、植物和微生物的总称。根据附着生物的大小可分为微观污损生物(微米级，如细菌，硅藻等)和宏观污损生物(厘米级，如藤壶，牡蛎等)。暴露在海洋环境中的工程结构(如船舶和海洋平台等)都可以看到明显的生物污损现象。金属结构的生物污损给工业造成巨大的经济损失和严重的运行问题，而通过清洁过程向海洋排放有毒物质需要昂贵且耗时的维护。此外，生物膜可以通过产生氧浓差电池或微生物诱导腐蚀来加速金属的腐蚀。

在这方面，防污涂料已被用作防止生物膜粘附在金属结构上的方法之一。为了满足生态系统的安全性，近年来引入了多功能纳米复合聚合物涂料作为一种环保的防污涂料。在该方法中，具有抗菌活性且对微生物的不利影响最小的纳米材料，例如生物杀菌纳米金属、纳米金属氧化物和碳基纳米材料，可以用作聚合物涂层内的纳米填料，而纳米复合涂层的聚合物基体可以从不同类型的聚合物中选择，例如聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯等其他聚合物。这种方法被认为是利用涂料中纳米材料的抗菌活性来防止细菌生物膜形成的一种简单方法。

在各种纳米材料中，石墨烯是一种由碳原子组成的二维纳米材料，具有高的表面体积比、高的机械强度、优异的热性能、高的导电性和抗菌活性。此外，氧化石墨烯作为一种二维碳材料，具有致密的蜂窝状结构和羟基、环氧基、羰基和羧基官能团，具有巨大的表面积、亲水性、低毒性和抗菌活性。石墨烯和氧化石墨烯纳米片的抗菌活性与它们对生物分子的高吸附能力以及纳米片通过锐边缘结构穿透细胞有关，因为纳米片具有高的表面积和粗糙表面。因此，应力将被引入到细胞壁膜上，细胞和细菌膜的完整性将被破坏。

例如，在中国专利CN104974640A中，介绍了基于石墨烯作为环氧树脂抗菌剂应用的防腐防污涂料。在本发明中，石墨烯通过表面羟基化(使用硫酸和硝酸)进行改性，然后将石墨烯与N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)偶联。将改性石墨烯分散在二甲苯和正丁醇混合稀释剂中，得到改性后石墨烯浆料。最后，将改性后石墨烯浆液加入环氧树脂中，然后加入固化剂，获得纳米复合材料涂层。充分结合利用了两种材料的优良特性，开发出了兼具耐腐蚀性和耐污损性的新型涂料。

中国专利CN103254701B公开了一种具有耐腐蚀、抗紫外、抗菌、耐磨特性的新型涂料，该涂料由氟碳树脂、石墨烯、紫外线吸收剂、分散剂、流平剂、消泡剂、膨润土、钛白粉、附着力促进剂、溶剂和固化剂组成。在该实施例中，氟碳树脂提供优异的耐化学性、耐磨性、绝缘性和耐沾污性，而石墨烯具有优异的导电性、强抗紫外线辐射性、良好的延展性、耐磨性以及抑制微生物生长的性能。

此外，在另一项中国专利CN 110922828A中，发明了石墨烯海洋防污涂料，该防污涂料具有高抗冲击性、长期使用后的高粘附强度、海洋生物对涂料的低粘附性以及持久的防污性能。该涂料的成分为混合溶剂6％-15％，树脂20％-40％，松香-二甲苯溶液0％-15％，助剂0.5％-5％，防沉剂0.1％-1％，石墨烯0.1％-5％，防污剂20％-35％，填料5％-15％，颜料0.1％-5％，偶联剂0.1％-1.5％。