【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及納米涂層的制備，尤其是一種用于防腐蝕涂層的mxene/gqds納米雜化填料(偶聯劑改性mxene/gqds納米雜化填料)及合成方法與在海洋腐蝕防護領域的應用。
技術介紹
1、我國光伏產業實現了跨越式發展。截至2024年7月底，太陽能發電裝機容量約7.4億千瓦，同比增長49.8％。土地資源的有限性促使光伏產業向海上發展，但海洋環境是最苛刻的腐蝕環境，高濕、高鹽霧、高紫外線照射，該環境下光伏支架金屬結構的腐蝕明顯增高。腐蝕會導致支架的結構強度降低，影響其承載能力和穩定性，從而增加支架損壞和倒塌的風險。此外，腐蝕還會導致支架的機械性能下降，影響其使用壽命和發電效率。
2、在該研究領域，將環氧聚合物涂層均勻噴涂在金屬上被認為是減少腐蝕作用最有效的策略。環氧涂層作為一種物理屏障，可以防止腐蝕介質對金屬結構的滲透，因此，為了獲得具有優化特性的環氧涂層，研究人員在聚合物基體中均勻地添加具有層狀不透水結構的納米填料。層狀納米填料在改善涂層的阻隔效果和增加腐蝕離子進入涂層結構的滲透路徑方面的效率取決于其分散質量、功能基團和固有特性。具有層狀形態的二維納米填料的例子有粘土、石墨、石墨、氧化石墨烯、石墨氮化碳、六方氮化硼和新一代納米材料mxene被認為可以提高環氧樹脂的耐蝕性和機械強度。
3、為了優化mxene納米片在環氧涂層中的性能，實現更高的阻隔性和耐腐蝕性，研究人員嘗試了不同的方法。一種方法是基于在mxene納米片表面創建功能基團，如硅烷、硅烷基團的助劑和鈰陽離子作為抑制劑、l-半胱氨酸和聚苯胺。另一種方法
4、但上述優化方法制備的涂層填料在涂層中仍存在一定程度的團聚現象，影響涂層整體的防腐性能。
5、因此，急需專利技術一種應用于海上光伏等新能源領域的用于金屬結構防腐的納米雜化填料及其涂層。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種用于防腐蝕涂層的mxene/gqds納米雜化填料(偶聯劑改性mxene/gqds納米雜化填料)及合成方法與在海洋腐蝕防護領域的應用。
2、為實現上述目的，本專利技術采用技術方案為：
3、一種用于防腐蝕涂層的納米雜化填料，填料為mxene和gqds經雜化，而后功能化處理即可，且所述mxene與gqds的重量比為1:0.1～1:10。
4、一種所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法：
5、步驟1，制備gqds粉體；
6、步驟2，mxene納米材料與gqds粉體的雜化處理；
7、步驟3，納米雜化材料進行功能化處理。
8、所述步驟1中gqds粉體制備：將檸檬酸、尿素、去離子水按照質量比1-1.5:1-1.5:35-40的比例混合攪拌，于150-180℃下進行水熱反應4-6h，干燥后研磨，即得分散好，粒徑均勻gqds粉體。
9、所述步驟2中mxene納米材料與gqds粉體的雜化處理：將mxene與gqds按照混合重量比1:0.5-1:5進行水熱或者溶劑熱進行高壓反應釜共價鍵處理，溫度范圍為90-150℃，處理時間為3-15h，熱反應產物用去離子水和無水乙醇離心洗滌多次，然后，最終產品在-40-50℃冷凍干燥24-32小時，得到mxene@gqds粉體。
10、所述步驟3中納米雜化材料進行功能化處理：硅烷偶聯劑與mxene@gqds粉體按重量比值0.1-50(優選為0.1-30)進行硅烷功能化處理，其中，硅烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。
11、進一步的說，將上述納米雜化材料加入去離子水中，常溫下磁力攪拌20-40min后再超聲分散50-60min；將硅烷偶聯劑分散于甲苯中常溫攪拌混勻；再將上述兩種溶液混合后油浴65-95℃回流攪拌8-24h；選擇材料雜化和偶聯劑修飾表面是為了抑制mxene的氧化，使材料避免在涂層基體中團聚。
12、一種所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的應用，所述填料在制備海洋腐蝕防護領域的防腐涂層材料中的應用。
13、一種防腐涂層材料，防腐涂層為聚合物基體和權利要求1所述的納米雜化填料，其中，mxene/gqds納米雜化粉體占聚合物基體質量的0.05-3wt.％。
14、所述聚合物基體由聚合物樹脂、固化劑、助劑和溶劑組成，助劑添加量占涂料質量的0.1-1wt.％，防腐填料均勻分散于聚合物基體中。
15、所述聚合物樹脂為溶劑型或者水性環氧樹脂(例如，e44、e51等雙酚a型環氧樹脂)；固化劑為胺類配套固化劑(例如，乙二胺、二乙烯三胺、n,n-二乙氨基丙胺等胺類固化劑)；溶劑為苯類混合物(例如，甲苯、乙苯、二甲苯異構體混合物中的一種或幾種的混合)。
16、所述助劑可為消泡劑、流平劑、增韌劑、顏填料中的一種或幾種。
17、上述涂層基體中材料除gqds外，均可市購獲得，mxene為ti3c2tx片層材料，可根據實際需要獲取涂層配料比例；
18、一種復合聚合物涂層的制備，將所述涂層材料涂布于碳鋼金屬基體表面，室溫下干燥48-72h,獲得納米雜化材料涂層。
19、一種所述的防腐涂層材料的應用，所述防腐涂層材料可廣泛應用于海洋設施、鐵路工程等金屬防腐領域。
20、本專利技術所具有的優點：
21、本專利技術利用偶聯劑修飾后mxene/gqds雜化材料充足的反應活性位點，提高了涂層與金屬基體的附著力，并且能夠均勻分散在聚合物基體中，提高了整體涂層的防腐能力；本專利技術mxene/gqds納米雜化涂層服役壽命長，可作為防腐底漆與其他涂層配套使用，是一種新型的具有巨大應用價值的海洋防腐涂層。具體體現在：
22、1.加入的0.1wt％的mxene/gqds納米雜化材料的環氧樹脂涂層經過50天電化學交流阻抗譜測試后，比單一納米填料復合涂層阻抗值高出1-2個數量級，防腐效果優，如圖4所示。
23、2.經過4周中性鹽霧實驗對比，空白環氧樹脂樣品上出現了明顯的小水泡、腐蝕斑點和涂層分層現象，而aptes-mxene、aptes-gqds和aptes-mxene@gqds任意一種作為納米填料的復合涂層，試樣的腐蝕和分層產物明顯減少，涂層與金屬基體仍具有較高的粘接性能，如圖5所示。
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1.一種用于防腐蝕涂層的納米雜化填料，其特征在于：填料為MXene和GQDs經雜化，而后功能化處理即可，且所述MXene與GQDs的重量比為1:0.1～1:10。
2.一種權利要求1所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：所述步驟1中GQDs粉體制備：將檸檬酸、尿素、去離子水按照質量比1-1.5:1-1.5:35-40的比例混合攪拌，于150-180℃下進行水熱反應4-6h，干燥后研磨，即得分散好，粒徑均勻GQDs粉體。
4.根據權利要求2所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：所述步驟2中MXene納米材料與GQDs粉體的雜化處理：將MXene與GQDs按照混合重量比1:0.5-1:5進行水熱或者溶劑熱進行高壓反應釜共價鍵處理，溫度范圍為90-150℃，處理時間為3-15h，熱反應產物用去離子水和無水乙醇離心洗滌多次，然后，最終產品在-40-50℃冷凍干燥24-32小時，得到MXene@GQDs粉體。
5.根據權利要求
6.一種權利要求1所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的應用，其特征在于：所述填料在制備海洋腐蝕防護領域的防腐涂層材料中的應用。
7.一種防腐涂層材料，其特征在于：防腐涂層為聚合物基體和權利要求1所述的納米雜化填料，其中，MXene/GQDs納米雜化粉體占聚合物基體質量的0.05-3wt.％。
8.根據權利要求7所述的防腐涂層材料，其特征在于：所述聚合物基體由聚合物樹脂、固化劑、助劑和溶劑組成，助劑添加量占涂料質量的0.1-1wt.％，防腐填料均勻分散于聚合物基體中。
9.一種復合聚合物涂層的制備，其特征在于：將權利要求7所述涂層材料涂布于碳鋼金屬基體表面，室溫下干燥48-72h,獲得納米雜化材料涂層。
10.一種權利要求7所述的防腐涂層材料的應用，其特征在于：所述防腐涂層材料可廣泛應用于海洋設施、鐵路工程等金屬防腐領域。
...【技術特征摘要】
1.一種用于防腐蝕涂層的納米雜化填料，其特征在于：填料為mxene和gqds經雜化，而后功能化處理即可，且所述mxene與gqds的重量比為1:0.1～1:10。
2.一種權利要求1所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：所述步驟1中gqds粉體制備：將檸檬酸、尿素、去離子水按照質量比1-1.5:1-1.5:35-40的比例混合攪拌，于150-180℃下進行水熱反應4-6h，干燥后研磨，即得分散好，粒徑均勻gqds粉體。
4.根據權利要求2所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其特征在于：所述步驟2中mxene納米材料與gqds粉體的雜化處理：將mxene與gqds按照混合重量比1:0.5-1:5進行水熱或者溶劑熱進行高壓反應釜共價鍵處理，溫度范圍為90-150℃，處理時間為3-15h，熱反應產物用去離子水和無水乙醇離心洗滌多次，然后，最終產品在-40-50℃冷凍干燥24-32小時，得到mxene@gqds粉體。
5.根據權利要求2所述的用于防腐蝕涂層的納米雜化填料的制備方法，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：段繼周，紀小紅，王振，董彥習，張自學，蘇敬強，田月峰，胡光華，周亮亮，楊云飛，尹天鴿，塞皮德·波哈森，侯保榮，
申請(專利權)人：中國科學院海洋研究所，
類型：發明
國別省市：
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