石墨烯/环氧树脂防腐涂料的研究

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金属腐蚀是目前世界各国面临的普遍问题。其中采用防腐涂层方法是最简单和最有效的防腐措施。环氧涂料由于其良好的防腐性能和施工便利性成为应用最广的防腐涂料之一。随着对高效高性能树脂涂料的开发愈加注重,传统环氧涂料不能满足日益严苛的要求,需要对环氧涂料进行改性来进一步提高防腐性能。石墨烯是目前发现最薄的纳米鳞片,可在涂层中层叠排列形成“迷宫效应”,阻隔环境中腐蚀介质的渗透过程,进而提高涂层的防腐蚀性能。石墨烯还能赋予涂层优异的机械性能和化学稳定性等性能。但石墨烯的表面结构与环氧树脂的分子结构差异较大,使得石墨烯的分散稳定性变差,增加了涂层缺陷率,防护性能不佳。本论文以石墨烯(GO/rGO)为研究对象,制备石墨烯/环氧树脂防腐涂层。考察了表面修饰后石墨烯的微观形貌,以及在有机溶剂中分散稳定性和疏水性。探究了不同含量石墨烯对环氧涂层的机械性能和防腐性能的影响规律,并分析了石墨烯/环氧涂层的防腐机理。本论文主要分为三个部分:采用硅烷偶联剂对石墨烯(GO/rGO)进行化学改性,再与环氧树脂(E44)进行接枝得到功能化石墨烯(F-GO/F-rGO)。结果表明:硅烷偶联剂在石墨烯表面引入氨基,并与环氧树脂的环氧基发生开环反应,使其在有机溶剂中分散稳定性得到提高。修饰后的GO/rGO团聚现象得到改善。GO/rGO表面羟基等亲水基团减少,使得GO/rGO接触角由29.5°和41.5°分别提高到101.5°和134.5°,表现出良好的疏水性。制备不同含量的F-GO/EP和F-rGO/EP涂层。结果表明:F-GO/F-rGO的添加有效地提高了环氧涂层的耐冲击性、附着力和抗拉伸性能。其中F-GO/F-rGO的最佳添加量在0.25 wt%~0.5 wt%。探究了石墨烯对环氧树脂涂层防腐性能的影响及防腐机理。实验结果表明:F-GO/F-rGO的加入,涂层饱和吸水率明显下降,电化学开路电位明显升高,且电化学交流阻抗模量保持在1 GΩ·cm2。经过90d盐雾实验,0.5 wt%F-GO/F-rGO涂层表面完好。原因是化学修饰后石墨烯在环氧涂层中分布更加均匀,提高了涂层致密性和防腐蚀性能。
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