石墨烯纳米片超声剥离制备及在重防腐涂料中的应用研究

发布时间：2020-07-31 13:12

【摘要】：石墨烯是一种由单层碳原子构成的新型纳米二维片状材料,具有比表面能大、柔韧性好和强度硬度高等特点。将石墨烯及其衍生物加入传统防腐涂料体系中,利用其特殊的小尺寸二维片层结构形成致密的物理屏蔽层,可减少减慢腐蚀因子向基体材料的渗透,大幅度提升涂层对基材的防腐,使材料在恶劣腐蚀环境下的腐蚀速率大大降低。用膨胀石墨插层法制备石墨烯纳米片并进行条件优化筛选,然后对石墨烯进行表面功能接枝改性,改善其在有机溶剂中分散性,提升防腐涂层的综合性能是本课题的主要研究目标。本实验采用不同目数的鳞片石墨插层氧化得到膨胀石墨,然后超声剥离制得不同层数的石墨烯纳米片,对条件进行优化筛选。选用硅烷偶联剂(KH-560)对其进行表面改性,并用FTIR、XRD、SEM和TEM等仪器进行表征。将改性石墨烯纳米片作为填料加入传统环氧富锌防腐涂料配方中代替部分锌粉,制备新型石墨烯海洋重防腐涂料,并探究不同层数和不同添加量的改性石墨烯纳米片对涂层性能的影响。结果表明:可膨胀氧化石墨在800℃高温热解30 s得到膨胀体积最大的膨胀石墨,80目和100目鳞片石墨制得膨胀石墨的最大体积分别为215 mL/g和85 mL/g,其产物膨胀石墨在50℃条件下超声剥离5 h分别得到30~50层和6~20层的石墨烯纳米片。经过KH-560改性后可改善石墨烯纳米片有机溶剂中的分散性,本实验用少量改性石墨烯纳米片添加到传统环氧富锌防腐涂料中,代替约40%的锌粉并使防腐涂层性能有所提升。实验结果表明添加层数较少的改性石墨烯纳米片时涂料性能较好,在其添加量为0.5%时,涂层的综合性能最优。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ637
【图文】：

防腐涂料,海洋工程,漆膜,涂层

石墨烯纳米片超声剥离制备及在重防腐涂料中的应用研究分中含有的各种有机或无机的填料，在涂层漆膜中可以释放出缓释因子生钝化反应，可以减缓腐蚀的扩散。牺牲阳极保护作用：金属材料会与结合，发生电化学反应而加速腐蚀过程，故在涂料中加人比基体材料更蚀因子接触到基体材料时，活跃性更高的金属率先与腐蚀因子发生电化跃性较低的金属免于腐蚀[10]。海洋工程防腐涂料防腐原理与普通涂料涂料所面临的环境比较苛刻，并且海洋工程结构一般在海水里边或者深复涂装，所以海洋工程防腐涂料的寿命比普通涂料的服役寿命长的多，，故海洋工程防腐涂料的漆膜厚度也要比普通的涂料厚的多，目前常用约为 100 μm到 150 μm，而海洋防腐涂料漆膜厚度则在 200 μm-300 μ地方还有 500-1000 μm[12]，故海洋工程防腐涂料又被人们称为重防腐有远高于一般防腐涂料的优异防护性能，主要应用于海上资源开采和海家民生的重要领域，对我国军事和经济的发展有着不可缺少的保障作用工程防腐涂料的组成

石墨,结构示意图

玻璃鳞片加入到不同种类的树脂中可以得到一系列性能良好的涂料氧树脂中组成的海洋重防腐涂料的综合性能最为优异，在防腐领域类防腐涂料腐涂料以橡胶及其衍生物为主要成膜物质的涂料。橡胶类防腐涂料力学性能和防腐性能优异，但单独添加到涂料中使用时附着力较小胶一般与其它树脂混合使用或者改性后再加入涂料中使用。Huan氧树脂搭配使用，用石墨烯纳米片改性端胺基橡胶，改性后涂层的。的结构与性质英国曼彻斯特大学物理学家 AndreGeim 和 KonstantinNovoselov，成石墨烯，表明它可以独自存在[27]。石墨烯是单层碳原子以 sp2轨道型二维平面材料，只有一个碳原子的厚度，约 0.35 nm[28]，也就是近约 1.5×106层的石墨烯。

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南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文会产生难以控制的缺陷，结构序列不完整，会影响其各项性能[60]。另外，这种方法需要超高的真空环境或稀有气体氛围，成本较高，目前工艺还不够成熟，仍需进一步的发展。1.3.5 电化学法电化学法是在一定电压下，用高纯度的石墨棒作为电极，通过电解离子液体从而获得石墨烯的一种方法。此方法制备机理为：通过电解阴极的高纯石墨，会导致部分石墨片被剥离而沉积到阳极上得到石墨烯，被剥离下来的石墨烯在电解液中因为有溶液中离子的阻碍作用，不能再重新堆垛形成石墨片，故在一定的电解液中可以制备得到从石墨上剥离的石墨烯[61-62]。用高纯度石墨棒作为正负电极，电给解装置加电源可电解制得石墨烯[63]。电化学法制备石墨烯的关键是石墨电极的电解过程，适当的电解条件和特定的电解液可以使石墨无需经过氧化过程而被直接剥离得到石墨烯。电化学法制备石墨烯制备原材料廉价易得，反应过程无污染，并且在常温常压下条件易得，但是制得的石墨烯层数较厚，并且电解液的成分复杂，产物比较难以分离。1.3.6 超声剥离法

【参考文献】