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基于石墨烯改性的海洋钢结构水性防腐涂料及其制备方法
发布时间: 2025-10-18
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利
行业领域：
新能源及节能技术,清洁生产与循环经济技术
成果介绍
海洋钢结构长期处于高盐雾、高湿度环境，易发生电化学腐蚀，传统防腐涂料多为溶剂型（含大量 VOCs），存在环保性差、防腐寿命短（一般 3-5 年）、石墨烯分散性差导致性能不稳定等问题。为解决上述痛点，常州市振邦化工制造有限公司研发了基于石墨烯改性的海洋钢结构水性防腐涂料及其制备方法。
该成果通过多步改性与复合工艺实现性能突破：首先制备聚苯胺纳米纤维并经正钼酸铵改性，与硅烷化修饰的 SiO₂纳米粉复合形成 PANI-SiO₂复合材料（增强防腐协同性）；采用硫脲和尿素热处理制备氮、硫共掺杂石墨烯，经插层剂与 KH560 处理改善分散性与界面结合力；同步合成含氟段预聚体与多功能共聚物段，通过四巯基交联剂制备功能化乳液（提升耐候性）；最终将硅烷修饰石墨烯、PANI-SiO₂复合材料与功能化乳液融入水性环氧树脂体系，配合助剂得到环保型防腐涂料。
实验室测试显示，该涂料 VOCs 含量≤50g/L（远低于溶剂型涂料的 300g/L 以上），在 3.5% NaCl 溶液中耐盐雾性能达 6000 小时以上（传统水性涂料约 2000 小时）。
成果亮点
传统海洋防腐涂料存在 “环保性与防腐性难以兼顾”“石墨烯分散性差” 等核心问题，本成果通过材料与工艺创新实现突破，技术亮点如下：
1. 石墨烯改性增效：氮、硫共掺杂石墨烯经插层与硅烷化修饰，不仅解决了石墨烯团聚问题（分散粒径≤500nm），还增强了与树脂基体的界面结合力，利用其片状结构形成物理屏蔽层，阻断腐蚀介质渗透路径，防腐效率提升 300%；
2. 复合体系协同防护：PANI-SiO₂复合材料与石墨烯形成 “化学缓蚀 + 物理屏蔽” 双重防护：聚苯胺（PANI）具有自修复缓蚀作用，SiO₂纳米粉增强涂层硬度，二者与石墨烯协同，既抵抗电化学腐蚀，又提升涂层耐磨性（铅笔硬度达 3H）；
3. 水性环保突破：采用水性环氧树脂体系，配合功能化乳液，实现涂料无溶剂化（VOCs≤50g/L），符合国际海事组织（IMO）环保标准，解决传统溶剂型涂料的污染问题；
4. 工艺创新可控：通过 “分步改性 - 复合整合” 工艺（如硅烷化修饰、四巯基交联），确保各功能组分均匀分散，批量生产时性能偏差≤3%，适合规模化制备。
团队介绍
1. 曹意：项目负责人，高级工程师，从事防腐涂料研发 12 年，主持江苏省 “海洋环保涂料” 科技项目，发表相关论文 15 篇，授权专利 8 项，主导整体技术方案设计与核心材料改性工艺；
2. 卢惠娟：材料合成骨干，专注石墨烯改性研究，成功开发氮、硫共掺杂及插层修饰工艺，解决石墨烯分散性难题，负责 PANI-SiO₂复合材料制备；
3. 任晓国：配方优化专家，高级工程师，优化水性环氧树脂与功能化乳液的配比，平衡涂层柔韧性与硬度，确定涂料最佳助剂添加量；
4. 章宇：工艺工程师，设计 “分步改性 - 复合整合” 规模化生产流程，解决批量生产中组分分散不均问题，确保产品稳定性；
5. 曹志春：性能测试负责人，建立海洋环境模拟测试体系（如盐雾试验、电化学阻抗谱分析），完成 500 余组涂层性能验证，为配方迭代提供数据支撑。团队分工明确，涵盖 “研发 - 中试 - 测试” 全链条，具备丰富的涂料产业化经验。
成果资料
产业化落地方案
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