一种可在金属基板上应用的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备与应用

本发明提供一种可在金属基板上应用的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备与应用。

背景技术：

1、氢被认为是一种优秀的能源载体，因为它可以通过电解从可再生能源中产生，作为一种清洁燃料，它有可能取代天然气和石油，成为未来主要的可消费能源类型。然而，氢的使用存在一些严重的限制，因为它的能量密度(每单位体积)非常低，因此需要高科技的储存和运输解决方案。不锈钢是高压储氢的常用材料。然而，在这些储存系统中达到的极端压力加速了氢引起的不锈钢的脆化，从而降低了其使用寿命，严重限制了氢工业的发展。在不锈钢表面添加阻氢涂层是延缓或阻止氢及其同位素通过基体渗透的最有效方法之一。

2、由于相似相容的特性，聚乙烯醇丰富的羟基极性赋予了其排除sp2的氢原子的特性。然而极性强导致其极易吸水。聚氨酯可以增强聚乙烯醇的机械性能，隔水性、在金属上增强附着力、且氨基甲酸酯基团会与聚乙烯醇的羟基生成氢键，形成网状分子结构，构成高分子型的“氢陷阱”。而石墨烯和类石墨烯等二维材料具有重量轻、化学稳定性和热稳定性高、机械强度高等优点，成为潜在的涂层材料。研究发现，具有蜂窝状结构和密集电子云分布的二维材料，虽然只有一个原子厚，但具有很强的粒子阻滞性能。石墨烯的sp2杂化碳原子排列成二维蜂窝晶格的晶格结构除了电子云的斥力外，实际上几何孔参数小到不允许分子通过。三种材料结合，既增强阻氢性能也阻止聚乙烯醇吸水膨胀，导致材料不可用。

技术实现思路

1、本发明提供一种可在金属基板上应用的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备与应用。

2、本发明所采取的技术方案为：

3、步骤一、制备氧化石墨烯水溶液：将所需质量的氧化石墨烯在ph为7～9的水溶液中超声分散；

4、步骤二、制备聚乙烯醇水溶液：将所需质量的聚乙烯醇置于玻璃容器中，加入少量的表面活性剂与所需的去离子水，在80℃的条件下搅拌直至聚乙烯醇粉末完全溶解。

5、步骤三、配置氧化石墨烯-聚乙烯醇涂布液：将氧化石墨烯水溶液混合入冷却至室温的聚乙烯醇溶液中，将氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液常温搅拌30-60分钟后，40℃超声分散60-120分钟，再50℃搅拌30-60分钟，40℃超声分散60-120分钟；

6、步骤四、用可调式涂布器将氧化石墨烯-聚乙烯醇涂布液和聚氨酯涂布液交替涂布：先将高浓度胶黏剂作为黏着层在金属基板上进行涂布预处理，然后将步骤三制备所得氧化石墨烯-聚乙烯醇和聚氨酯涂布液用可调式涂布器控制每层的湿膜厚度为30-60μm在金属基板上进行涂布，层层组装至所需厚度后置于真空烘箱80℃烘干480～1080min后，冷却至常温。

7、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于改性氧化石墨烯的质量占聚乙烯醇质量的0～4.0wt％。

8、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于聚乙烯醇水溶液的浓度为3～9.0wt％。

9、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于聚氨酯的浓度为0～5wt％。

10、所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、辛烷基苯酚-10(乳化剂op-10)等其中一种或多种。

11、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于涂布1～3层改性氧化石墨烯-聚乙烯醇涂布液后再涂布聚氨酯溶液。

12、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的湿膜厚度为150～270μm。

13、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层在烘箱80℃烘干480～1080min后，在真空环境中缓慢冷却至常温。

14、所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于作为黏着层的胶黏剂为聚氨酯、丙烯酸树脂、双酚a树脂等中的一种，且胶黏剂溶液的质量浓度在17.5wt％及以上。

15、本发明的涂层可应用于金属涂层且质量轻，制备方法简单，适合工业化生产。

技术特征：

1.氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于改性氧化石墨烯的质量占聚乙烯醇质量的0～4.0wt％。

3.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于聚乙烯醇水溶液的浓度为3～9.0wt％。

4.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于聚氨酯的浓度为0～5wt％。

5.由权利要求1所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、辛烷基苯酚-10(乳化剂op-10)等其中一种或多种。

6.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于涂布1～3层改性氧化石墨烯-聚乙烯醇涂布液后再涂布聚氨酯溶液。

7.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的湿膜厚度为150～270μm。

8.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层在烘箱80℃烘干480～1080min后，在真空环境中缓慢冷却至常温。

9.由权利要求1所述的氧化石墨烯-聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法，其特征在于作为黏着层的胶黏剂为聚氨酯、丙烯酸树脂、双酚a树脂等中的一种，且胶黏剂溶液的质量浓度在17.5wt％及以上。

技术总结本文公开发明了一种能在金属基板上应用的层层组装的氧化石墨烯‑聚乙烯醇/聚氨酯阻氢涂层，以氧化石墨烯作为聚乙烯醇中的阻氢填料，聚乙烯醇的羟基与聚氨酯的氨酯键的氢键相互作用力，通过可调式涂布器进行层层涂布制备氧化石墨烯‑聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层。其制备过程包括：制备氧化石墨烯悬浮液；配置氧化石墨烯‑聚乙烯醇涂布液；用可调式涂布器将氧化石墨烯‑聚乙烯醇涂布液和聚氨酯涂布液交替涂布。本发明的氧化石墨烯‑聚乙烯醇/聚氨酯层层组装阻氢涂层的制备方法简便无污染，有良好的机械性能和阻氢隔水效果。技术研发人员：张瑞,李雨凡,李朝恩受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9