一种具有超疏水和耐腐蚀的聚脲复合涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种聚脲复合涂层的制备方法，具体是一种具有超疏水和耐腐蚀的聚脲复合涂层的制备方法。

背景技术：

近年来，材料腐蚀问题日益加重，成为各国重视的经济问题。如何对金属进行有效保护是科研工作者不懈的追求，由于在金属表面涂覆防腐涂层的制备工艺简单、成本低廉、不受地域条件限制并且可以有效延缓金属的腐蚀，使其成为最简单、快捷、有效的防腐手段。聚脲防腐涂层便是最常用的涂层之一。

聚脲是由半预聚体、端氨基聚醚、胺扩链剂等原料现场喷涂而成。它疏水性极强，对环境湿度不敏感，甚至可以在水(或者冰)上喷涂成膜，在极端恶劣的环境条件下可正常施工，表现突出。另外聚脲涂层柔韧有余、刚性十足、色彩丰富，它致密、连续、无接缝，完全隔绝空气中水分和氧气的渗入，防腐和防护性能均较好。

随着钢铁等金属材料的应用范围更加广泛、使用条件更加苛刻，单一的、传统的防腐涂层已经不足以满足当前人们对防腐的需要。石墨烯作为一种无毒、无害绿色环保的材料，具有出色的化学惰性、抗氧化能力和阻隔性能倍受研究者的广泛关注。然而，石墨烯具有超高的比表面积和范德华力，导致石墨烯在涂层内部稳定性较差、易团聚，降低了对腐蚀介质的屏蔽作用，且团聚的石墨烯导电性极高，会加速金属的腐蚀进程，因此实现石墨烯在涂层中的均匀分散是发挥石墨烯作用的前提条件。

基于以上问题，如何能提供一种使石墨烯在涂层中能均匀分散的复合涂层，其兼具超疏水和耐腐蚀性能，从而有效延长涂覆部件的使用寿命，是本行业的研究方向。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种具有超疏水和耐腐蚀的聚脲复合涂层的制备方法，能将氟化石墨烯均匀分散在聚脲复合涂层中，使制备的复合涂层不仅具有较好的疏水性能，而且具有较好的耐腐蚀性能，从而有效延长涂覆部件的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

与现有技术相比，本发明通过将氟化石墨烯添加到聚脲复合涂层中制备出超疏水和耐腐蚀复合涂层，相比于传统的石墨烯涂层体系，氟化石墨烯既继承了石墨烯片层结构的物理阻隔性质，同时又具备了高温、绝缘和化学稳定性，从而使得复合涂层具有更加广泛的使用范围。通过引入氟化石墨烯不仅提高了聚脲复合涂层的润湿性能(即疏水性能)，而且氟化石墨烯与聚脲涂层体系相互结合，使复合涂层中交叠分布产生迷宫效应，从而起到了优异的物理屏蔽作用，能够有效的阻断和延长腐蚀介质的扩散路径，提高涂层的耐腐蚀性能。此外，氟化石墨烯分子结构中存在大量氟原子，使得分子间由于静电斥力不会发生团聚，进一步提升了涂层的耐腐蚀性能。因此本发明制备的复合涂层不仅具有优异的综合力学性能、较高的耐腐蚀能力、良好的疏水性、固化速度快，施工效率高、对环境不敏感等优良特性，而且制备工艺简单，操作方便，易于实现工业化，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明制备的复合涂层喷涂在金属基材上的光学图像；

图2是本发明制备的复合涂层在进行润湿性能测试时的接触角图；

图3是本发明制备的复合涂层进行电化学测试获得的阻抗曲线图。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例1：其制备方法具体步骤为：

步骤1：金属基材的预处理:采用800目砂纸将金属基材打磨至表面光洁，然后将打磨后的金属基板放入乙醇和丙酮混合溶液中，并使用超声设备在60w功率下对金属基板在进行超声清洗2h，清洗结束放入70℃烘箱烘干1h备用；

步骤2：氟化石墨烯的制备：将质量份数为5份的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和质量份数为1份的氟化石墨加入到质量份数为30份的去离子水中，采用超声设备在50w功率下超声30min使其分散均匀得到分散液，然后将分散液转移到反应釜中加热至180℃并反应24h得到黑色混合液，接着将黑色混合液注入离心机中以转速为3000rpm进行离心30min，完成后收集上层1/2的上清液，向收集到的上清液中加入15份去离子水，以上一次相同功率及时间进行超声使其分散均匀，并再次注入离心机以上一次相同的转速及离心时间进行离心，完成后以上一次标准收集上清液，如此重复5次；将最终得到的氟化石墨烯分散液冷冻干燥24h，得到氟化石墨烯纳米粉体；

步骤3：聚脲a组分的制备：将质量份数为30份的聚己二酸乙二醇酯二醇在120℃温度下脱水处理2h，然后加入质量份数为50份的六亚甲基二异氰酸酯，将混合物置于氮气作为保护性气体的气氛炉中，以5℃的升温速率升到105℃，并在其中保温2h，随炉冷却后取出制得聚脲a组分；

步骤4：聚脲b组分的制备：将质量份数为20份的端氨基聚醚d-2000和质量份数为50份的二烷基甲苯二苯胺加入到反应釜中，在50r/min的速率下搅拌10min使其混合均匀，然后把反应釜加热到100℃反应2h，待反应结束后冲入氮气并打开冷却水降温至50℃，降温后取出制得聚脲b组分；

步骤5：聚脲复合涂层的制备：将质量份数为1份的氟化石墨烯纳米粉体混入到质量份数为25份的b组分中分散均匀制得混合体，然后将质量份数为50份的a组分与上述混合体加入连接好的喷涂设备中并加热温度至60℃进行喷涂；喷涂聚脲复合涂层时，a组分和混合体的压力表的表压均控制在1200～1500psi之间，且二者压力差控制在200psi以下分别喷涂至步骤1的金属基材表面，凝固后得到实施例1的复合涂层。

实施例2：其制备方法具体步骤为：

步骤1：金属基材的预处理:采用1000目砂纸将金属基材打磨至表面光洁，然后将打磨后的金属基板放入乙醇和丙酮混合溶液中，并使用超声设备在80w功率下对金属基板在进行超声清洗1h，清洗结束放入60℃烘箱烘干2h备用；

步骤2：氟化石墨烯的制备：将质量份数为30份的溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑和质量份数为5份的氟化石墨加入到质量份数为50份的去离子水中，采用超声设备在60w功率下超声30min使其分散均匀得到分散液，然后将分散液转移到反应釜中加热至200℃并反应24h得到黑色混合液，接着将黑色混合液注入离心机中以转速为2000rpm进行离心40min，完成后收集上层1/2的上清液，向收集到的上清液中加入30份去离子水，以上一次相同功率及时间进行超声使其分散均匀，并再次注入离心机以上一次相同的转速及离心时间进行离心，完成后以上一次标准收集上清液，如此重复8次；将最终得到的氟化石墨烯分散液冷冻干燥24h，得到氟化石墨烯纳米粉体；

步骤3：聚脲a组分的制备：将质量份数为50份的聚己二酸乙二醇一丙二醇酯二醇在120℃温度下脱水处理2h，然后加入质量份数为50份的四甲基苯二甲基二异氰酸酯，将混合物置于氮气作为保护性气体的气氛炉中，以5℃的升温速率升到110℃，并在其中保温3h，随炉冷却后取出制得聚脲a组分；

步骤4：聚脲b组分的制备：将质量份数为20份的端氨基聚醚t-5000和质量份数为60份的二乙基甲苯二胺加入到反应釜中，在80r/min的速率下搅拌10min使其混合均匀，然后把反应釜加热到105℃反应2h，待反应结束后冲入氮气并打开冷却水降温至50℃，降温后取出制得聚脲b组分；

步骤5：聚脲复合涂层的制备：将质量份数为5份的氟化石墨烯纳米粉体混入到质量份数为30份的b组分中分散均匀制得混合体，然后将质量份数为65份的a组分与上述混合体加入连接好的喷涂设备中并加热温度至70℃进行喷涂；喷涂聚脲复合涂层时，a组分和混合体的压力表的表压均控制在1200～1500psi之间，且二者压力差控制在200psi以下分别喷涂至步骤1的金属基材表面，凝固后得到实施例2的复合涂层。

实施例3：其制备方法具体步骤为：

步骤1：金属基材的预处理:采用1200目砂纸将金属基材打磨至表面光洁，然后将打磨后的金属基板放入乙醇和丙酮混合溶液中，并使用超声设备在60w功率下对金属基板在进行超声清洗2h，清洗结束放入70℃烘箱烘干2h备用；

步骤2：氟化石墨烯的制备：将质量份数为5份1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、10份的1-十二基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和质量份数为8份的氟化石墨加入到质量份数为50份的去离子水中，采用超声设备在100w功率下超声30min使其分散均匀得到分散液，然后将分散液转移到反应釜中加热至220℃并反应20h得到黑色混合液，接着将黑色混合液注入离心机中以转速为3000rpm进行离心30min，完成后收集上层1/2的上清液，向收集到的上清液中加入30份去离子水，以上一次相同功率及时间进行超声使其分散均匀，并再次注入离心机以上一次相同的转速及离心时间进行离心，完成后以上一次标准收集上清液，如此重复10次；将最终得到的氟化石墨烯分散液冷冻干燥24h，得到氟化石墨烯纳米粉体；

步骤3：聚脲a组分的制备：将质量份数为30份的聚己二酸乙二醇酯二醇和20份的聚己二酸一缩二乙二醇酯二醇在120℃温度下脱水处理5h，然后加入质量份数为40份的六亚甲基二异氰酸酯和30份的二苯基甲烷二异氰酸酯，将混合物置于氮气作为保护性气体的气氛炉中，以5℃的升温速率升到120℃，并在其中保温3h，随炉冷却后取出制得聚脲a组分；

步骤4：聚脲b组分的制备：将质量份数为10份的端氨基聚醚d-400、10份的端氨基聚醚d-2000、30份的二烷基甲苯二苯胺和20份的二乙基甲苯二胺加入到反应釜中，在80r/min的速率下搅拌30min使其混合均匀，然后把反应釜加热到120℃反应2h，待反应结束后冲入氮气并打开冷却水降温至50℃，降温后取出制得聚脲b组分；

步骤5：聚脲复合涂层的制备：将质量份数为10份的氟化石墨烯纳米粉体混入到质量份数为35份的b组分中分散均匀制得混合体，然后将质量份数为65份的a组分与上述混合体加入连接好的喷涂设备中并加热温度至60℃进行喷涂；喷涂聚脲复合涂层时，a组分和混合体的压力表的表压均控制在1200～1500psi之间，且二者压力差控制在200psi以下分别喷涂至步骤1的金属基材表面，凝固后得到实施例3的复合涂层。

性能验证：

从实施例1至3制备的复合涂层中任意选择一个，如图1所示，通过观察可知，该涂层表面平整光滑，没有出现气孔，针眼，突起等缺陷。

测试复合涂层的疏水性能：对该复合涂层进行润湿性能测试，如图2所示，由接触角图像可知，静态接触角高达165°，说明涂层具有很好的疏水性。

测试复合涂层的耐腐蚀性能：从本发明实施例1至3制备的复合涂层中任意选择一个，对该复合涂层进行电化学测试，如图3所示，由阻抗曲线可知，该涂层具有很高的阻抗，说明涂层具有优异的防腐性能，从而能很好地对金属基体进行保护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。