水性环氧重防腐涂料的制备与研究

发布时间：2020-09-30 11:39

　　重防腐涂料在海洋工程、化工工业、船舶等领域的防腐作用无法被取代,因此对重防腐涂料的研发非常有必要。在重防腐涂料体系中,成膜物质和防锈颜料对重防腐涂料的防腐性能起决定性作用,环氧树脂因具有优异的耐腐蚀性能,在重防腐涂料领域得到广泛使用,当前市场上的环氧重防腐涂料以溶剂型为主,存在严重的环境污染问题。氧化石墨烯由于优异的阻隔性能,在防腐涂料中得到了应用,但是其极易发生团聚,从而难以达到最佳效果。针对上述状况,本文先合成非离子型环氧自乳化固化剂来制备水性环氧涂料,然后使用对苯二胺对氧化石墨烯进行改性并制备出水性环氧氧化石墨烯防腐涂料,研究了氧化石墨烯含量对涂层相关性能的影响,最后用锌粉、改性氧化石墨烯、自乳化固化剂、环氧树脂以及相关助剂制备出水性环氧重防腐涂料,研究锌粉以及改性氧化石墨烯对涂层性能的影响,主要研究内容和结论如下:(1)研究表明,当二乙烯三胺(25)甲醛:双酚A:聚乙二醇二缩水甘油醚:邻甲基缩水甘油醚的物质量比为为2:1:1:1:0.8时,得到的非离子型环氧自乳化固化剂的效果最好;乳液粒径为289 nm,表干只需要3 h,附着力0级,硬度可以达到3 H,耐介质性较好(耐水达到20 d,耐酸2 d,耐盐14 d)。(2)用对苯二胺对氧化石墨烯改性,通过沉降实验结果得到,氧化石墨烯的亲水基团减少;FTIR和XRD测试表明,对苯二胺与氧化石墨烯上的环氧基和羧基发生反应,层间距也变大;通过SEM形貌分析得到,改性后氧化石墨烯在环氧涂层中分散均匀、无团聚;通过EIS以及涂层性能测试得到,在加入0.5%的改性氧化石墨烯时,得到的水性环氧氧化石墨烯涂层综合性能最佳,硬度达到5 H,附着力1级,柔韧性1 mm,耐盐30 d完好,耐酸6 d完好,45 d低频的阻抗为6.94×10~6Ω.cm~2。(3)用锌粉、改性氧化石墨烯、自乳化固化剂、环氧树脂以及相关助剂制备出水性环氧重防腐涂料。开路电位分析结果表明,锌粉含量为50%时,随着改性氧化石墨烯的含量增加,涂层的阴极保护时间先增大后减小,添加50%Zn/0.5%FGO的涂层的保护时间最长。涂层耐介质和中性盐雾性测试结果表明,添加50%Zn/0.5%FGO涂层的性能最佳,其耐中性盐雾1200 h只是稍微变色、耐盐达到75 d。而EIS测试结果表明,添加50%Zn/0.5%FGO的涂层防腐性能也最佳,60 d后涂层的低频阻抗为3.84×10~6Ω.cm~2。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ637
【部分图文】：

双酚A型环氧树脂

导致涂层不能达到预期效果，因此对氧化石墨烯改性使其能在涂料中均匀分散非常重要。由于水性环氧涂料和防锈颜填料都存在一些不足，改善这些不足，制备出具有绿色环保、性能优异的水性环氧重防腐涂料对重防腐涂料的发展具有重要的意义，这样既能符合国家发展政策以及人类经济发展的需要，又使得重防腐涂料更进一步的成熟。1.2 水性环氧涂料的制备方法环氧树脂（如图 1-1 所示）通常是指含有两个或两个以上的环氧基团，以脂肪族等有机化合物为骨架，并且通过环氧基团反应形成有价值的热固性三维网状结构的高分子低聚物[16]。环氧树脂中仅仅只有几种可以溶于水，其余种类的环氧树脂自身不具有水溶性；为了使这些不溶于水的环氧树脂能在水中很好的分散，科研人员研究出了一些方法：机械法、相反转法、自身乳化法以及固化剂乳化法。机械法与相反转法是直接加入乳化剂，自身乳化法和固化剂乳化法是通过改性引入亲水基团达到乳化效果。

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1.2.2 相反转法相反转法是制备水性环氧乳液的一种有效方法，主要是通过机械搅拌从原先的连续相变为分散相的一个过程，在相转变的过程中，会使得界面张力大大下降，从而使得连续相变为微米级别的分散相颗粒。相反转法制备水性环氧乳液流程如图 1-2 所示。先将乳化剂与环氧树脂加入烧杯中，用高速分散机搅拌均匀；边高速搅拌边缓慢地向烧杯中加入去离子水，随着水的加入体系的粘度先变大，然后在一个临界点突然变小（由油包水的状态变为水包油）；最后形成稳定的乳液。因为相反转法连续相发生转变和乳化剂降低体系的表面张力，所以使得外界只需要提供较少的机械功就可以让内界相破碎成分散相；因此用相反转法制备的乳液粒径较小且乳液更加的稳定。相反转法已经得到广泛的应用，例如，杨振忠等[18]使用双酚 A 型环氧树脂（E51 与 E20）和不同分子量的聚乙二醇反应，合成不同分子量的多嵌段共聚物，使用合成共聚物作为乳化剂利用相反转法制备环氧树脂乳液，得到的乳液稳定性能优良。

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图 1-3 氧化石墨烯结构图氧化石墨烯由于其独特的纳米结构、优异的物理性能、较大的比表面积、表面丰富的官能团等，使得它不管是在工业领域还是学术上都得到广泛的关注在水净化领域的应用：T S Sreeprasad[35]等用简单、统一的方法制备出了氧化烯/金属氧化复合材料，结果表明此物质能很好的吸附水中的杂质，起到净化作用；在防腐方面：Singh B P[36]等人研究了疏水性氧化石墨烯-聚合物复合涂铜表面的耐蚀性；发现氧化石墨烯填充涂层对金属的氧化和腐蚀具有有效的作用。Kirkland[32]等在金属表面沉积石墨烯层，研究对腐蚀介质是否有屏蔽作用果表明，沉积在金属表面的石墨烯层能够有效提高纯金属的耐蚀性能。在光域：Xu D[37]通过原位聚合工艺在碳纳米纤维/氧化石墨烯（CNF / GO）模板积了纳米聚苯胺（PANI），成功的制备出了分级高性能电极，结果表明合成后ANI 改性 CNF / GO 呈现出三维（3D）层次分层纳米结构，有利于电解质离子到活性材料的内部区域。

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