功能化氧化石墨烯与碳纳米管协同增强环氧涂层耐腐蚀性能研究

发布时间：2020-11-21 19:58

　　碳基纳米材料有着出众的物理性能,被视为材料界的翘楚。氧化石墨烯的二维片层结构可以在涂层中充分的阻隔腐蚀介质的穿透;碳纳米管的高长径比可用作纳米纤维对涂层增强增韧,变得更加致密,从而使涂层的耐腐蚀性能得到显著提高。氧化石墨烯与碳纳米管的高强机械性能可使得涂层的耐磨性与耐冲击性得到加强,而他们的化学稳定性则可以使涂层的耐化学腐蚀性能得到提升。然而,纳米材料通常因为比表面能高,分子间的范德华力过大,容易团聚,难以在涂层中的分散开来,这一因素严重制约了纳米材料在涂层中的应用。为了使得纳米材料在涂层中拥有良好的分散性以及与树脂间的相容性,则需对纳米材料进行有效的改性,来解决这类问题。本文将对纳米材料进行表面修饰,来制备出性能优异的纳米复合涂层,并对复合涂层的耐腐蚀性能进行研究。本论文将采用以下三种方式来对纳米材料进行修饰:(1)氧化石墨烯(graphene oxide)与竣基多壁碳纳米管(carboxylic multi-walled carbon nanotubes)表面有着许多的含氧官能团,先用氯化亚砜对纳米材料进行酰氯化反应,然后再与3-氨基苯氧基邻苯二甲腈反应得到表面带有氰基官能团的纳米材料GO-CN与CNTs-CN。纳米材料的表面极性得到增强,在有机溶剂中的分散性得到提高,从而改善了填料与环氧树脂间的相容性,增强了填料与树脂间的相互作用,使环氧树脂的耐腐蚀性得到提高。(2)对氧化石墨烯进行一步法反应:先用多巴胺对氧化石墨烯进行修饰,增强氧化石墨烯的粘附性能,同时赋予其表面大量的氨基官能团,再向溶液中加入偶联剂KH560,反应得到GO-PDA-GPS,使氧化石墨烯表面获取大量的环氧基团。同样对羧基多壁碳纳米管进行一步法反应:采用多巴胺对羧基多壁碳纳米管进行修饰,再向溶液中加入偶联剂KH550,反应得到CNTs-PDA-APS。然后设想两种不同的纳米材料在环氧涂层固化过程中参与固化反应,形成立体的空间交联结构。使复合涂层具有高水平的致密性与阻隔能力,进而增强涂层的耐腐蚀性能。(3)对氧化石墨烯与羧基多壁碳纳米管使用超支化聚芳酰胺修饰,获得更开阔的末端结构,以及丰富的端基官能团与活泼氢,通过氢键和共价键来提高氧化石墨烯与碳纳米管的反应活性,并且,超支化的聚合物具有更高的溶解度,从这些方面来提高在环氧树脂中的分散性与相容性。通过FT-IR,TGA,XPS等手段对三种不同方式修饰的纳米材料进行结构表征,以确定纳米填料的改性成功。将填料与树脂制得复合涂层,利用断面SEM观察填料在树脂中的分散情况,最后再利用电化学工作站测出复合涂层的极化曲线与交流阻抗值,探讨填料的添加对涂层耐腐蚀性能的影响,结果均表明,氧化石墨烯与碳纳米管的协同增强环氧复合涂层相比于纯环氧涂层以及其它种类的复合涂层有着更优秀的耐腐蚀性能。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ637
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