石墨烯和氧化石墨烯对有机树脂复合涂层性能的影响
发布时间：2021-06-24 13:46
海洋环境中,金属的腐蚀对其中运行的船舶、海洋平台等设备具有极大的威胁,有机涂层防护是最简单也是最经济的防腐蚀技术。然而,普通有机涂层均具有各自的缺陷,这些缺陷限制了涂料的应用范围。因此需要对其进行改性以提高涂层的性能。石墨烯和氧化石墨烯具有诸多优异的性能,如比表面积极高、表面吸附力强、表面能大等,与树脂混合后有利于提高树脂的综合性能。本文以氟碳树脂、环氧树脂和水性聚氨酯为树脂基体,以石墨烯和氧化石墨烯为填料,采用旋涂的方式,在低碳钢表面制备了一系列不同填料含量的复合涂层。采用红外光谱和场发射扫描电子显微镜对石墨烯和氧化石墨烯形貌进行了表征分析;采用静接触角测试仪、拉拔法测试仪和显微硬度测试仪对复合涂层的疏水性、结合强度及显微硬度进行了研究;通过盐雾试验和电化学阻抗谱对复合涂层的耐蚀性能进行了研究。实验发现,石墨烯和氧化石墨烯表面含有羟基、羧基、羰基和环氧基等基团,扫描电镜发现两者均以复杂的褶皱形态存在。通过对复合涂层的物理性能和防腐蚀性能的研究发现,石墨烯能在一定程度上提高涂层的接触角,而氧化石墨烯则会降低涂层接触角,两者均对涂层的结合强度和显微硬度有显著的提升作用。石墨烯对三种涂层结...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属Fe发生电化学腐蚀原理
（c） （d）图 1-2 有机涂层失效及持续恶化示意图（4）有机涂层附着力的丧失有机涂层在金属表面的附着与金属的腐蚀密切相关。涂层下的金属发生，涂层将由于水分子与有机聚合物和氧化膜之间的相互作用引起的化学解和渗透压的积聚压力甚至会导致涂层丧失与金属间的结合[12]。若涂层与的结合力较弱，涂层的破坏将形成容纳电解质的微区，这将加速金属的腐基于对金属腐蚀和有机涂层失效过程的理解，可以通过以下手段提高涂护性能：（i）通过开发具有降低的渗透性的涂层来降低 H2O、O2和离子的渗透；（ii）阻碍电子向阴极区的传输；（iii）通过预处理表面或在涂层中添加抑制剂阴极或阳极反应；（iv）粗糙的金属表面将延长阳极和阴极物质的横向扩散路径，同时也有机涂层的附着力。
1.3.2 纳米粒子改性纳米粒子改性是在树脂中添加纳米材料，通过纳米粒子与树脂分子链间的、共价键等作用力来改善树脂的力学性能和防护性能。由于普通有机涂层耐擦伤性、抗划伤性和耐磨性不足，其耐久性和美学外由于外界的各项因素影响而迅速受损。克服这些缺陷的一个主要方法是将填料与有机聚合物混合，利用纳米粒子尺寸较小、表面能高、比表面积大、活性高与吸附能力强等优点，通过与树脂活性基团的键合作用，提高分子间用力及涂层与金属间的结合力[22,23]，还可以在涂层中可以起到对涂层孔洞、等缺陷的填充（图 1-3），纳米粒子与树脂间的协同作用还可以增强涂层的物蔽性能和机械性能[24,25]，延长 H2O、O2及 Cl-在涂层中的扩散通道，增强涂防腐蚀性能[26]。常用的纳米粒子主要有 TiO2[27]，ZnO[28]，SiO2[29]，CNTs[30]，Al2O3[。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海陆一体化格局下我国海洋经济与环境协调发展研究[J]. 王敏. 生态经济. 2017(10)
[2]SiO2/水性聚氨酯疏水涂层的制备及性能研究[J]. 马源,李鑫,翁顺荣,莫少精. 辽宁化工. 2017(08)
[3]有机硅改性环氧树脂防腐蚀涂层的研究进展[J]. 邓付国,龚兴厚,罗锋,杨叶华,胡涛,吴崇刚. 高分子通报. 2017(04)
[4]海洋腐蚀防护的现状与未来[J]. 侯保荣,张盾,王鹏. 中国科学院院刊. 2016(12)
[5]光固化水性聚氨酯导热涂层的制备及性能[J]. 高旭瑞,王利魁,姚伯龙. 材料保护. 2016(11)
[6]纳米结晶纤维素改性水性聚氨酯的抗紫外老化性能[J]. 张浩,辛长征,李姝汶,仝瑞芳. 聚氨酯工业. 2016(05)
[7]氧化石墨烯改性环氧树脂的制备及性能研究[J]. 邓继勇,颜东,唐杰. 功能材料. 2016(08)
[8]环氧改性的水性聚氨酯合成及其性能研究[J]. 王聪聪,吴世杰,汲存璐,王俊梅,方盼,李娴,李素芳. 化工科技. 2016(04)
[9]氟碳漆/碳纳米管导电防腐涂层的制备及表征[J]. 李娟,冯拉俊,李光照,闫爱军. 功能材料. 2016(03)
[10]改性石墨烯/聚氨酯复合乳液的合成及性能表征[J]. 李菁熠,朱科,王海花,费贵强. 科学技术与工程. 2016(03)
硕士论文
[1]石墨烯基复合材料的制备与防腐蚀性能研究[D]. 陈松.西南石油大学 2014
[2]石墨烯的制备及其摩擦学性能研究[D]. 张永康.南京理工大学 2013
[3]原位聚合法制备纳米ZnO/环氧复合材料及其性能研究[D]. 张新烨.南京航空航天大学 2007
本文编号：3247213
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属Fe发生电化学腐蚀原理
（c） （d）图 1-2 有机涂层失效及持续恶化示意图（4）有机涂层附着力的丧失有机涂层在金属表面的附着与金属的腐蚀密切相关。涂层下的金属发生，涂层将由于水分子与有机聚合物和氧化膜之间的相互作用引起的化学解和渗透压的积聚压力甚至会导致涂层丧失与金属间的结合[12]。若涂层与的结合力较弱，涂层的破坏将形成容纳电解质的微区，这将加速金属的腐基于对金属腐蚀和有机涂层失效过程的理解，可以通过以下手段提高涂护性能：（i）通过开发具有降低的渗透性的涂层来降低 H2O、O2和离子的渗透；（ii）阻碍电子向阴极区的传输；（iii）通过预处理表面或在涂层中添加抑制剂阴极或阳极反应；（iv）粗糙的金属表面将延长阳极和阴极物质的横向扩散路径，同时也有机涂层的附着力。
1.3.2 纳米粒子改性纳米粒子改性是在树脂中添加纳米材料，通过纳米粒子与树脂分子链间的、共价键等作用力来改善树脂的力学性能和防护性能。由于普通有机涂层耐擦伤性、抗划伤性和耐磨性不足，其耐久性和美学外由于外界的各项因素影响而迅速受损。克服这些缺陷的一个主要方法是将填料与有机聚合物混合，利用纳米粒子尺寸较小、表面能高、比表面积大、活性高与吸附能力强等优点，通过与树脂活性基团的键合作用，提高分子间用力及涂层与金属间的结合力[22,23]，还可以在涂层中可以起到对涂层孔洞、等缺陷的填充（图 1-3），纳米粒子与树脂间的协同作用还可以增强涂层的物蔽性能和机械性能[24,25]，延长 H2O、O2及 Cl-在涂层中的扩散通道，增强涂防腐蚀性能[26]。常用的纳米粒子主要有 TiO2[27]，ZnO[28]，SiO2[29]，CNTs[30]，Al2O3[。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海陆一体化格局下我国海洋经济与环境协调发展研究[J]. 王敏. 生态经济. 2017(10)
[2]SiO2/水性聚氨酯疏水涂层的制备及性能研究[J]. 马源,李鑫,翁顺荣,莫少精. 辽宁化工. 2017(08)
[3]有机硅改性环氧树脂防腐蚀涂层的研究进展[J]. 邓付国,龚兴厚,罗锋,杨叶华,胡涛,吴崇刚. 高分子通报. 2017(04)
[4]海洋腐蚀防护的现状与未来[J]. 侯保荣,张盾,王鹏. 中国科学院院刊. 2016(12)
[5]光固化水性聚氨酯导热涂层的制备及性能[J]. 高旭瑞,王利魁,姚伯龙. 材料保护. 2016(11)
[6]纳米结晶纤维素改性水性聚氨酯的抗紫外老化性能[J]. 张浩,辛长征,李姝汶,仝瑞芳. 聚氨酯工业. 2016(05)
[7]氧化石墨烯改性环氧树脂的制备及性能研究[J]. 邓继勇,颜东,唐杰. 功能材料. 2016(08)
[8]环氧改性的水性聚氨酯合成及其性能研究[J]. 王聪聪,吴世杰,汲存璐,王俊梅,方盼,李娴,李素芳. 化工科技. 2016(04)
[9]氟碳漆/碳纳米管导电防腐涂层的制备及表征[J]. 李娟,冯拉俊,李光照,闫爱军. 功能材料. 2016(03)
[10]改性石墨烯/聚氨酯复合乳液的合成及性能表征[J]. 李菁熠,朱科,王海花,费贵强. 科学技术与工程. 2016(03)
硕士论文
[1]石墨烯基复合材料的制备与防腐蚀性能研究[D]. 陈松.西南石油大学 2014
[2]石墨烯的制备及其摩擦学性能研究[D]. 张永康.南京理工大学 2013
[3]原位聚合法制备纳米ZnO/环氧复合材料及其性能研究[D]. 张新烨.南京航空航天大学 2007
本文编号：3247213
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