本發(fā)明涉及水工建筑物、海洋裝備材料腐蝕和生物污損控制，特別涉及一種基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、河湖、海洋環(huán)境中的設(shè)施表面遍存在生物污損，例如，水工建筑物、水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)箱、管道、大型海洋平臺(tái)、海底電纜和船舶等。生物污損可顯著增加輸水管、渠阻力，降低輸水效率；影響閘門啟閉和密封性；堵塞水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)箱，導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)量下降；增加艦船航行阻力，導(dǎo)致艦船油耗增加，航行速度降低。污損生物生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)分泌大量酸性物質(zhì)腐蝕金屬、混凝土表面，加速建筑材料、艦船及其他海洋裝備的腐蝕，給水利工程和海洋裝備帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。而在海洋環(huán)境中金屬材料的腐蝕也是一個(gè)極其嚴(yán)重的問(wèn)題。

2、涂層是目前生物污損和腐蝕防護(hù)普遍使用的方法，涂層在金屬、混凝土等基材上形成保護(hù)性屏障，阻礙水和氧等腐蝕性介質(zhì)擴(kuò)散到材料表面。但涂裝后的涂層內(nèi)部不可避免地存在氣孔、裂紋等微觀缺陷，且在實(shí)際服役環(huán)境中，易出現(xiàn)溶脹、開(kāi)裂、剝離等失效問(wèn)題，影響涂層的防護(hù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提出一種基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有的涂層防腐蝕和抗污損效果差的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層，包括有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、固化劑和量子點(diǎn)材料，且所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、所述固化劑和所述量子點(diǎn)材料的質(zhì)量比為(3～5)：(5～7)：(0.005～0.05)；

3、其中，所述量子點(diǎn)材料包括硫化銅量子點(diǎn)材料、硫化鋅量子點(diǎn)材料、硫化鎘量子點(diǎn)材料和復(fù)合量子點(diǎn)材料中的至少一種，且所述硫化銅量子點(diǎn)材料、所述硫化鋅量子點(diǎn)材料和所述硫化鎘量子點(diǎn)材料的粒徑小于20nm。

4、可選地，所述復(fù)合量子點(diǎn)材料的制備原料包括所述硫化銅量子點(diǎn)材料、所述硫化鋅量子點(diǎn)材料、所述硫化鎘量子點(diǎn)材料和乙二醇，且所述硫化銅量子點(diǎn)材料、所述硫化鋅量子點(diǎn)材料、所述硫化鎘量子點(diǎn)材料和所述乙二醇的質(zhì)量比為(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(50～60)；和/或，

5、優(yōu)選地，所述復(fù)合量子點(diǎn)材料的制備方法包括以下步驟：將所述硫化銅量子點(diǎn)材料、所述硫化鋅量子點(diǎn)材料，以及所述硫化鎘量子點(diǎn)材料加入到含有無(wú)水乙醇和乙二醇的溶液中，磁力攪拌分散，通過(guò)離心分離，獲得固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物放置真空干燥箱中，在50～70℃條件下干燥5～7h，制得部分還原的復(fù)合量子點(diǎn)材料；其中，所述乙二醇的質(zhì)量為所述無(wú)水乙醇質(zhì)量的2.5～4.5倍。

6、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硫化銅量子點(diǎn)材料、所述硫化鋅量子點(diǎn)材料、所述硫化鎘量子點(diǎn)材料和所述乙二醇的質(zhì)量比為0.1：0.1：0.1：55.5。

7、優(yōu)選地，所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、所述固化劑和所述量子點(diǎn)材料的質(zhì)量比為4：6：(0.005～0.05)。

8、優(yōu)選地，所述量子點(diǎn)材料包括硫化鋅量子點(diǎn)材料，且所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、所述固化劑和所述量子點(diǎn)材料的質(zhì)量比為4：6：0.005。

9、優(yōu)選地，所述量子點(diǎn)材料包括硫化鎘量子點(diǎn)材料，且所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、所述固化劑和所述量子點(diǎn)材料的質(zhì)量比為4：6：0.05。

10、所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂，所述固化劑包括胺類固化劑、酸酐類固化劑和樹(shù)脂類固化劑中的一種。

11、可選地，所述硫化銅量子點(diǎn)材料的制備方法包括以下步驟：

12、將銅源加入去離子水中，攪拌10～50min，加入表面活性劑，繼續(xù)攪拌0.5～2.0h，加入硫源，再攪拌20～60min，制得混合液；

13、將混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在120～200℃下攪拌反應(yīng)5～20h，冷卻至室溫，將反應(yīng)物取出并過(guò)濾、洗滌和干燥，制得所述硫化銅量子點(diǎn)材料。

14、可選地，所述銅源、所述去離子水、所述表面活性劑和所述硫源的質(zhì)量比為(0.1～0.8)：(50～70)：(0.05～0.15)：(0.1～0.3)；和/或，

15、所述銅源包括三水合硝酸銅，所述硫源包括硫脲，所述表面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化銨中的一種；和/或，

16、采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌反應(yīng)物，洗滌后的反應(yīng)物放置真空干燥箱中，在40～60℃條件下干燥8～12h。

17、可選地，所述硫化鋅量子點(diǎn)材料的制備方法包括以下步驟：

18、將鋅源加入去離子水中，控制溫度為10～50℃，攪拌5～20min，調(diào)節(jié)溫度為30～80℃，加入巰基丙酸，攪拌反應(yīng)30～60min，調(diào)節(jié)溫度為80～100℃，加入硫化鈉水溶液，調(diào)節(jié)ph值為7.5～9.0，攪拌2～4h，加入無(wú)水乙醇，出現(xiàn)白色沉淀，經(jīng)離心分離，獲得固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌并干燥，制得所述硫化鋅量子點(diǎn)材料。

19、可選地，所述鋅源、所述去離子水、所述巰基丙酸、所述硫化鈉水溶液和所述無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為(5～8)：(110～150)：(6～12)：(30～50)：(140～200)；和/或，

20、所述鋅源包括乙酸鋅；和/或，

21、所述硫化鈉水溶液采用少量多次的加入方式，且所述硫化鈉水溶液的制備方法包括：將硫化鈉溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢?，制得濃度?.1～0.2g/ml的硫化鈉水溶液；和/或，

22、采用濃度為1.5～2.5mol/l的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph值。

23、可選地，所述硫化鎘量子點(diǎn)材料的制備方法包括以下步驟：

24、將硫源、鎘源和表面活性劑加入蒸餾水中，充分?jǐn)嚢?，制得混合液?/p>

25、將所述混合液加入反應(yīng)釜中，在140～180℃下攪拌反應(yīng)2～4h，冷卻至室溫，通過(guò)離心分離得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌并干燥，制得所述硫化鎘量子點(diǎn)材料。

26、可選地，所述硫源、所述鎘源、所述表面活性劑和所述蒸餾水的質(zhì)量比為(1.2～2)：(0.6～1.1)：(0.05～0.15)：(50～70)；和/或，

27、所述硫源包括九水合硫化鈉，所述鎘源包括硫酸鎘，所述表面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮；和/或，

28、采用去離子水洗滌固體產(chǎn)物，洗滌后的固體產(chǎn)物放置真空干燥箱中，在50～70℃條件下干燥10～15h。

29、本發(fā)明還提出一種基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層的制備方法，包括以下步驟：提供有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂、固化劑和量子點(diǎn)材料，將所述量子點(diǎn)材料加入所述固化劑中，超聲分散，加入所述有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂，充分?jǐn)嚢?，真空脫泡，制得涂料，將所述涂料涂覆在基材表面，固化，形成所述基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層。

30、本發(fā)明還提出上述任一所述的基于量子點(diǎn)材料的防污防腐涂層在水工建筑物，以及海洋裝備抗污損和抗腐蝕中的應(yīng)用。

31、在本發(fā)明的技術(shù)方案中，以有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂作為基體，有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂既可作為量子點(diǎn)材料的載體，較好地分散量子點(diǎn)材料，還可較穩(wěn)定地粘附在基材上。硫化銅量子點(diǎn)材料、硫化鋅量子點(diǎn)材料和硫化鎘量子點(diǎn)材料具有優(yōu)異的抗菌性能，將其分散于有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂中，可較好地改善所制得的涂層的防腐和抗污損性能。且硫化銅量子點(diǎn)材料、硫化鋅量子點(diǎn)材料和硫化鎘量子點(diǎn)材料的粒徑小于20nm，利用量子點(diǎn)材料的小尺寸效應(yīng)，可有效減少所制得的涂層的微觀缺陷，提高涂層的致密性，保證了涂層具有較穩(wěn)定的防腐和抗污損性能。此外，整個(gè)涂層原料中，量子點(diǎn)材料的用量較少，既可較好地保證量子點(diǎn)材料較充分地分散在有機(jī)粘結(jié)樹(shù)脂中，還可有效降低量子點(diǎn)材料對(duì)環(huán)境造成的二次污染。本發(fā)明的上述技術(shù)方案所提供的涂層具有優(yōu)異的防腐和抗污損的效果，且防護(hù)效果較穩(wěn)定，使用壽命較長(zhǎng)，可較好地應(yīng)用于河湖、海洋環(huán)境中的水工建筑物和裝備材料等基材表面，有效避免金屬和混凝土等基材表面的生物污損和腐蝕問(wèn)題。