氧化石墨烯结构调控及其改性环氧复合涂层的电化学行为
发布时间：2021-07-28 06:32
环氧树脂是一种具有优异耐化学性、粘结性以及耐热性的热固性树脂,作为防腐涂层在诸多领域应用广泛,例如管道、建筑、汽车以及船舶等。海洋中的腐蚀环境相当复杂,其含有许多侵蚀性离子而且存在潮汐、海风等因素的影响,使得金属材料面临着严峻的防腐挑战,因此亟需研究和开发具有高防腐性能的涂层。在众多方法中,二维纳米填料改性被认为是增强环氧涂层耐腐蚀性能的有效方法。石墨烯作为最薄的二维碳材料,具有高径厚比、优异的抗渗透能力和良好的化学稳定性,被认为是理想的防腐增强填料,但是石墨烯因范德华力和片层间的π-π作用,难以在涂层基体中形成良好的分散,限制了其在防腐领域的应用。然而,氧化石墨烯不仅继承了石墨烯诸多优异性能,而且其表面丰富的含氧官能团可作为改性的活性位点,对增强环氧涂层的防腐性能有着极大的潜力。本文基于构建氧化石墨烯改性环氧复合耐蚀涂层体系,系统考察片层结构、有机聚合物改性、氟化掺杂改性以及无机纳米颗粒负载等对氧化石墨烯在环氧涂层中的分散性和相容性的影响规律,深入评价氧化石墨烯改性研究环氧复合涂层的耐腐蚀性能并从微观尺度探究其防腐机理。首先,通过改进的Hummers法的氧化条件可控地制备了三种不同径...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)浙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2双酚A型环氧树脂的乳化过程示意图[17]
氧化石墨烯结构调控及其改性环氧复合涂层的电化学行为8响，而且定向排列的云母片对环氧涂层防腐性能的增强效果最好，。图1-3传统玻璃鳞片防腐涂层Fig.1-3Traditionalglassscaleanti-corrosioncoating1.4.2粘土除了玻璃鳞片和云母以外，片状硅酸盐也是常见的二维增强填料。片状硅酸盐由四面体硅酸盐片层和八面体氢氧化物片层组成，是一种成本低、来源广和储量丰富的矿物材料，主要是粘土矿物，包括蒙脱石、高岭石和皂石等[31,32]。纳米粘土具有高比表面积和高径厚比，对于改善聚合物涂料的防腐性能有着极大地潜力，从而引起研究人员对其防腐机制以及应用等方面的广泛关注。H.R.Zamanizadeh等[33]探究了天然蒙脱石粘土对沥青涂层防腐性能的影响，其中，含有4wt%纳米蒙脱石粘土的复合涂层在3.5wt%NaCl溶液中浸泡60天的涂层阻抗最大（6.9×105Ω·cm2），表明其具有最好的防腐表现。Kung-ChinChang等[34]分别将十二烷基苯磺酸钠和过硫酸钾作为表面活性剂和链引发剂，通过原位乳液聚合反应制得了粘土/聚甲基丙烯酸酯（PMMA）复合物，经电化学测试和透气性分析得出，相比于纯的PMMA膜，粘土/PMMA复合膜具有更加优异的防腐性能和分子阻隔性，而且在50℃制备的复合涂层耐腐蚀性能最佳，其腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-571.4mV和1.62μA/cm2。J.Singh-Beemat等[35]成功制备了粘土/环氧复合涂料并将其应用于铝合金，结果表明，粘土的加入明显降低了铝合金的腐蚀电流密度，提高了铝合金的腐蚀电位，而且相比于环氧涂层，复合涂层具有更小的粗糙度；而且随着粘土含量从2wt%增加到10wt%，腐蚀电流密度从10-5.5A·cm2降低到10-6.5A·cm2，说明粘土含量为10wt%的环氧复合涂层
第一章绪论11图1-4铜生长石墨烯薄膜前后的腐蚀情况[50]Fig.1-4Corrosionofcopperwithoutandwithgraphenefilm[50]受工艺、成本等影响，石墨烯薄膜往往存在缺陷，这会导致金属发生电偶腐蚀而加速失效。为了解决这个问题，研究者将石墨烯纳米片作为填料与聚合物基质结合，利用石墨烯的高径厚比和不可透过性，延长腐蚀介质的扩散路径，从而起到增强聚合物耐腐蚀性能的作用。然而，石墨烯具有高表面能而且其片层之间存在强的π-π相互作用，这种特性使得石墨烯在聚合物基体中容易发生不可逆的团聚，从而影响涂层的耐腐蚀性能。因此，通过物理或化学的方法实现石墨烯在聚合物基体中均匀分散成为了研究人员所面临的挑战[52,53]。1.5氧化石墨烯1.5.1氧化石墨烯的结构与性能氧化石墨烯是一种表面具有含氧官能团的单原子层碳材料，被认为是石墨烯的重要衍生物[54]。与其他二维碳材料一样，氧化石墨烯可以是单层或多层结构。由于氧化石墨烯元素之间非化学计量的关系，氧化石墨烯精确化学结构还难以得到定论，目前被广泛接受的结构模型主要有Lerf-Klinowski模型[55]、Dékány模型[56]和动态结构模型[57]等（如图1-5所示）。氧化石墨烯虽然具有与石墨烯类似的二维网状结构，但是表面含氧官能团的存在赋予了它不同于石墨烯的性质。首先，氧化石墨烯表面和边缘处的含氧基团破坏了碳原子间的π-π共轭结构，降低
【参考文献】：
期刊论文
[1]无溶剂有机硅改性环氧涂料的制备及其性能研究[J]. 郑泽禹,魏铭,刘晓芳,李圆,李博,王睿,柯须仁. 表面技术. 2018(12)
[2]γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷改性环氧涂料的耐腐蚀性能研究[J]. 李天龙,钱友荣,孙一峰,杨番,魏俊锋. 有机硅材料. 2018(05)
[3]热镀锌燃气管道外用环氧防腐涂料的制备及性能研究[J]. 徐科,廉兵杰,方健君,靳美亮. 涂料工业. 2018(04)
[4]金属的腐蚀原理及防腐措施[J]. 杨振宇. 农家参谋. 2017(22)
[5]丙烯酸树脂改性环氧树脂防腐涂料防腐性能研究[J]. 范田水,李昌诚,李翠苹,郑同同. 涂料工业. 2017(04)
[6]聚苯硫醚掺杂改性玻璃鳞片防腐涂层耐腐蚀性研究[J]. 张昕,许季海,李红良,刘谦,邵佳敏,乌学东. 涂料工业. 2013(07)
[7]腰果油环氧固化剂在铁道车辆防腐涂料中的应用[J]. 曾凡辉,黎明,姜其斌,王永晶. 涂料工业. 2008(05)
硕士论文
[1]石墨烯改性水性环氧防腐涂料的制备与性能[D]. 王婷.济南大学 2018
本文编号：3307420
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)浙江省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2双酚A型环氧树脂的乳化过程示意图[17]
氧化石墨烯结构调控及其改性环氧复合涂层的电化学行为8响，而且定向排列的云母片对环氧涂层防腐性能的增强效果最好，。图1-3传统玻璃鳞片防腐涂层Fig.1-3Traditionalglassscaleanti-corrosioncoating1.4.2粘土除了玻璃鳞片和云母以外，片状硅酸盐也是常见的二维增强填料。片状硅酸盐由四面体硅酸盐片层和八面体氢氧化物片层组成，是一种成本低、来源广和储量丰富的矿物材料，主要是粘土矿物，包括蒙脱石、高岭石和皂石等[31,32]。纳米粘土具有高比表面积和高径厚比，对于改善聚合物涂料的防腐性能有着极大地潜力，从而引起研究人员对其防腐机制以及应用等方面的广泛关注。H.R.Zamanizadeh等[33]探究了天然蒙脱石粘土对沥青涂层防腐性能的影响，其中，含有4wt%纳米蒙脱石粘土的复合涂层在3.5wt%NaCl溶液中浸泡60天的涂层阻抗最大（6.9×105Ω·cm2），表明其具有最好的防腐表现。Kung-ChinChang等[34]分别将十二烷基苯磺酸钠和过硫酸钾作为表面活性剂和链引发剂，通过原位乳液聚合反应制得了粘土/聚甲基丙烯酸酯（PMMA）复合物，经电化学测试和透气性分析得出，相比于纯的PMMA膜，粘土/PMMA复合膜具有更加优异的防腐性能和分子阻隔性，而且在50℃制备的复合涂层耐腐蚀性能最佳，其腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-571.4mV和1.62μA/cm2。J.Singh-Beemat等[35]成功制备了粘土/环氧复合涂料并将其应用于铝合金，结果表明，粘土的加入明显降低了铝合金的腐蚀电流密度，提高了铝合金的腐蚀电位，而且相比于环氧涂层，复合涂层具有更小的粗糙度；而且随着粘土含量从2wt%增加到10wt%，腐蚀电流密度从10-5.5A·cm2降低到10-6.5A·cm2，说明粘土含量为10wt%的环氧复合涂层
第一章绪论11图1-4铜生长石墨烯薄膜前后的腐蚀情况[50]Fig.1-4Corrosionofcopperwithoutandwithgraphenefilm[50]受工艺、成本等影响，石墨烯薄膜往往存在缺陷，这会导致金属发生电偶腐蚀而加速失效。为了解决这个问题，研究者将石墨烯纳米片作为填料与聚合物基质结合，利用石墨烯的高径厚比和不可透过性，延长腐蚀介质的扩散路径，从而起到增强聚合物耐腐蚀性能的作用。然而，石墨烯具有高表面能而且其片层之间存在强的π-π相互作用，这种特性使得石墨烯在聚合物基体中容易发生不可逆的团聚，从而影响涂层的耐腐蚀性能。因此，通过物理或化学的方法实现石墨烯在聚合物基体中均匀分散成为了研究人员所面临的挑战[52,53]。1.5氧化石墨烯1.5.1氧化石墨烯的结构与性能氧化石墨烯是一种表面具有含氧官能团的单原子层碳材料，被认为是石墨烯的重要衍生物[54]。与其他二维碳材料一样，氧化石墨烯可以是单层或多层结构。由于氧化石墨烯元素之间非化学计量的关系，氧化石墨烯精确化学结构还难以得到定论，目前被广泛接受的结构模型主要有Lerf-Klinowski模型[55]、Dékány模型[56]和动态结构模型[57]等（如图1-5所示）。氧化石墨烯虽然具有与石墨烯类似的二维网状结构，但是表面含氧官能团的存在赋予了它不同于石墨烯的性质。首先，氧化石墨烯表面和边缘处的含氧基团破坏了碳原子间的π-π共轭结构，降低
【参考文献】：
期刊论文
[1]无溶剂有机硅改性环氧涂料的制备及其性能研究[J]. 郑泽禹,魏铭,刘晓芳,李圆,李博,王睿,柯须仁. 表面技术. 2018(12)
[2]γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷改性环氧涂料的耐腐蚀性能研究[J]. 李天龙,钱友荣,孙一峰,杨番,魏俊锋. 有机硅材料. 2018(05)
[3]热镀锌燃气管道外用环氧防腐涂料的制备及性能研究[J]. 徐科,廉兵杰,方健君,靳美亮. 涂料工业. 2018(04)
[4]金属的腐蚀原理及防腐措施[J]. 杨振宇. 农家参谋. 2017(22)
[5]丙烯酸树脂改性环氧树脂防腐涂料防腐性能研究[J]. 范田水,李昌诚,李翠苹,郑同同. 涂料工业. 2017(04)
[6]聚苯硫醚掺杂改性玻璃鳞片防腐涂层耐腐蚀性研究[J]. 张昕,许季海,李红良,刘谦,邵佳敏,乌学东. 涂料工业. 2013(07)
[7]腰果油环氧固化剂在铁道车辆防腐涂料中的应用[J]. 曾凡辉,黎明,姜其斌,王永晶. 涂料工业. 2008(05)
硕士论文
[1]石墨烯改性水性环氧防腐涂料的制备与性能[D]. 王婷.济南大学 2018
本文编号：3307420
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