石墨烯、环氧树脂复合涂料
《阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂性能研究》
《阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂性能研究》一、引言随着现代工业的快速发展，阻燃材料在电子、航空、交通等领域的应用越来越广泛。
环氧树脂作为一种重要的热固性塑料，其阻燃性能的研究显得尤为重要。
石墨烯作为一种新型纳米材料，具有优异的物理和化学性能，被广泛应用于增强各种聚合物的性能。
因此，研究阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能，对于提高材料的阻燃性能和力学性能具有重要意义。
二、阻燃环氧树脂的研究2.1 阻燃环氧树脂的制备阻燃环氧树脂的制备主要通过在环氧树脂中添加阻燃剂实现。
常用的阻燃剂包括卤素系、磷系、氮系等。
其中，磷系阻燃剂因其高效、低烟、无卤等优点，在阻燃环氧树脂的制备中得到了广泛应用。
2.2 阻燃性能研究阻燃性能是评价阻燃环氧树脂性能的重要指标。
通过对阻燃环氧树脂进行垂直燃烧、水平燃烧、烟密度等测试，可以评估其阻燃性能。
研究表明，添加适量的磷系阻燃剂可以有效提高环氧树脂的阻燃性能，降低材料的燃烧速度和烟密度。
三、石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能研究3.1 石墨烯增强阻燃环氧树脂的制备石墨烯增强阻燃环氧树脂的制备主要是在阻燃环氧树脂中添加石墨烯。
石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能，可以显著提高聚合物的力学性能和热稳定性。
通过改变石墨烯的添加量和分散性，可以制备出具有不同性能的石墨烯增强阻燃环氧树脂。
3.2 力学性能研究力学性能是评价石墨烯增强阻燃环氧树脂性能的另一重要指标。
通过对材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等进行分析，可以评估其力学性能。
研究表明，添加适量的石墨烯可以显著提高环氧树脂的力学性能，增强材料的韧性和强度。
3.3 热稳定性研究石墨烯的加入还可以提高阻燃环氧树脂的热稳定性。
通过热重分析（TGA）等测试手段，可以评估材料的热稳定性。
研究表明，石墨烯的加入可以降低材料的热分解速率，提高其热稳定性。
四、结论本文研究了阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能。
通过添加磷系阻燃剂，可以有效提高环氧树脂的阻燃性能；而石墨烯的加入则可以显著提高环氧树脂的力学性能和热稳定性。
石墨烯在防腐涂料中的应用
2 石墨烯防腐机理2.1 屏蔽作用将防腐涂料涂抹于金属表面上，能够有效隔绝金属基体本身与周边空气两者，这种类型的保护作用就是屏蔽作用[3]。
通常情况下所使用涂料，若只涂单层时其厚度相对比较小，很难起到完全隔绝腐蚀性离子的作用，这主要是因为高聚物膜层一般都存在一定的孔洞，而这些孔洞的平均直径大约为10-5cm ～10-7cm 之间，但是水分子直径和氧分子直径一般在十几纳米左右，在这种情况将石墨烯这种具有纳米性质的材料融入防腐涂料中，能够起到填补涂料本身存在的缺陷作用，以此来隔绝水、氧气等一些气体原子渗透涂层。
根据相关实验研究结果表面，氧气分压所处环境在10-4mbar 以上，石墨烯也可以有效保护金属基底，有效避免其受到腐蚀影响。
基于以上，运用石墨烯材料应用于金属防护涂层所用的防腐涂料中，能够其实避免金属表面与具有腐蚀性、氧化性的介质进行接触，有效防护基地材料。
2.2 缓蚀作用所谓缓蚀作用，就是基于涂料本身特有的成分与金属基体两者发生反映后，促使金属表面因此出现纯化或者是形成具有保护性质的一层防护膜层，通过这种方式来强化涂料的防护作用，将石墨烯加入其中，能够起到对镀层金属的钝化作用，对提升金属基底的耐腐蚀性能具有积极性应用意义。
2.3 加固作用就金属材料本质特征来讲，其经常使用的聚合物涂层很容易某种物质刮坏，但通过将石墨烯与防腐涂料融合于一体后使用，因石墨烯本身具有的机械、摩擦方面的应用性能优势，能够起到强化材料在减摩以及抗磨方面的应用优势；除以上之外，石墨烯还具有重量轻、特性超薄的特征，不会对金属基底带来其他不良的使用影响。
3 石墨烯在防腐涂料中的应用3.1 石墨烯-环氧树脂涂料所谓石墨烯-环氧树脂涂料，简单来讲就是采用物理混合的方式将自制石墨烯分散液和双组份水性环氧树脂两者混合起来制作而成[4]。
其一，通过对极化曲线、电化学阻抗以及中性0 引言就石墨烯改性涂料的特性来讲，能够实现长时间在高温环境下开展工作，由此可以看出，这种类型的涂料具有良好的耐热性、耐光照老化等优势，而石墨烯的这些应用优势对于涂料而言具有非常大的应用意义，因此将石墨烯与涂料两者结合起来使用，能够有效强化涂料在使用中的导热性、防腐性等应用性能，同时也可以应用于各种环境相对比较恶劣且极端的环境下使用。
聚氨酯石墨烯复合涂层的制备及其防腐耐磨性能
通过红外光谱（FT-IR）对改性GO和复合涂层材料的官能团进行了表征分析。 从图中可以看出，改性GO在1730cm-1处出现了PMMA的C=O伸缩振动峰，说明成 功引入了PMMA链段。此外，复合涂层材料在2920cm-1和1590cm-1处出现了环 氧树脂的特征吸收峰，表明环氧树脂与改性GO之间存在良好的相互作用。
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3、涂层制备
将反应后的溶液进行脱泡处理，然后将其涂敷在需要防护的基材表面，一般在 室温下干燥24～48小时，得到聚氨酯石墨烯复合涂层。
1、机械性能
聚氨酯石墨烯复合涂层具有优异的机械性能涂层的性能。这主要归功 于石墨烯的强韧性和优秀的力学传递性。
聚氨酯石墨烯复合涂层的制备 及其防腐耐磨性能
01 引言
03 参考内容
目录
02
聚氨酯石墨烯复合涂 层的制备
引言
聚氨酯和石墨烯作为两种备受的高分子材料和纳米材料，各自具有独特的物理 和化学性质。聚氨酯具有优异的耐磨性、抗冲击性和绝缘性，而石墨烯则具有 出色的导电性、导热性和化学稳定性。为了充分发挥两种材料的优势，本次演 示将探讨聚氨酯石墨烯复合涂层的制备及其防腐耐磨性能。
关键词：氧化石墨烯，环氧树脂， 复合涂层，改性，防腐性能
引言
氧化石墨烯（GO）是一种常见的石墨烯衍生物，具有优异的物理化学性能，在 防腐涂层、生物医学等领域具有广泛的应用前景。然而，由于其极性和高表面 能，GO在聚合物基体中的分散性较差，限制了其应用范围。为了提高GO在聚合 物基体中的相容性，研究者们通常对其进行改性处理。
结论
聚氨酯石墨烯复合涂层具有优异的防腐耐磨性能，主要得益于聚氨酯和石墨烯 的独特性质。然而，尽管该涂层在某些方面表现良好，但仍存在一些不足之处， 需要进一步改进。对于未来的研究，我们建议：
水性氧化石墨烯环氧树脂复合乳液的制备及其防腐性能
第53卷 第12期 2020年12月天津大学学报(自然科学与工程技术版)Journal of Tianjin University (Science and Technology )V ol. 53 No. 12Dec. 2020收稿日期：2019-11-05；修回日期：2019-12-13. 作者简介：袁才登（1968— ），男，博士，副教授. 通信作者：袁才登，**************.cn.DOI:10.11784/tdxbz201911009水性氧化石墨烯/环氧树脂复合乳液的制备及其防腐性能袁才登1, 2，佟晓磊1，王雪原1，张 鑫1，苏 洁1，姚芳莲1, 2，郭睿威1, 2，安 云2(1. 天津大学化工学院，天津 300072；2. 天津大学-隆泰丰博石墨烯应用联合研究中心，天津 300350) 摘 要：采用相转变法制备了稳定的水性氧化石墨烯/环氧树脂(GO/EP )复合乳液．因为氧化石墨烯表面有含量丰富的含氧基团，可很容易地均匀分散于水性环氧树脂涂料中．另外，由于氧化石墨烯较大的片层结构可以有效阻止腐蚀性介质在涂层内的渗透，从而其可以进一步增强涂层的防腐性．测试表明，所制备的GO/EP 复合乳液的储存稳定性长于1a ，且固化涂层的吸水率由11%降低至6%；涂层对不锈钢片的结合效果较好，达到ASTM 5B 级(ISO 0级)．电化学测试表明，GO/EP 复合涂层的等效电阻大幅度提高，等效电容降低44%，年腐蚀速度降低92%，保护效率接近99%．所以，制备的水性GO/EP 复合乳液有望在水性防腐涂料领域获得应用． 关键词：环氧树脂；氧化石墨烯；水性涂料；防腐中图分类号：TQ322；X52 文献标志码：A 文章编号：0493-2137(2020)12-1314-07Preparation of Aqueous Graphene Oxide/Epoxy Resin CompositeEmulsion and Its AnticorrosivityYuan Caideng 1, 2，Tong Xiaolei 1，Wang Xueyuan 1，Zhang Xin 1，Su Jie 1，Yao Fanglian 1, 2，Guo Ruiwei 1, 2，An Yun 2(1. School of Chemical Engineering and Technology ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ； 2. Tianjin University-UCGM Joint Research Center for Graphene Application ，Tianjin 300350，China )Abstract ：In this study ，we prepared a stabl e aqueous graphene-oxide modified-epoxy-resin (GO/EP )compositeemulsion using the phase transformation method. Given the large amount of oxygen-containing functional groups on its surface ，GO was easily and uniformly dispersed in the EP emulsion. In addition ，the sheet structure of GO inhib-its corrosion by blocking the corrosive medium to the interior of the coating. The results of stability and water absorp-tion tests indicated that the storage stability of the prepared GO/EP composite emulsion was longer than one year ，and the water adsorbed by the cured film was reduced to 6% compared to the 11%reduction of the unmodified film. The GO/EP composite film exhibited good adhesion to stainless steel ，reaching the ASTM 5B (ISO 0)level. Moreover ，the electrochemical test results revealed that the equivalent resistance of the GO/EP composite film increased mark-edly ，capacitance reduced by 44%，annual corrosion rate reduced by 92%，and the protection efficiency was close to 99%. Based on these results ，the prepared GO/EP composite emulsion shows great potential for use in aqueous anti-corrosive paints.Keywords ：epoxy resin ；graphene oxide ；waterborne coating ；anticorrosion环氧树脂因其优异的黏合性[1]、耐腐蚀性[2]、耐水性[3]、抗渗性和耐化学性而被广泛应用于黏合剂[4]、涂料[5]和电绝缘材料等领域，水性环氧树脂涂料更因为其环境友好性而越来越受到重视．但是，与溶剂型产品相比，水性环氧树脂涂层的耐腐蚀性仍然还有待进一步提高．近年来，人们采用多种工艺来改善水性环氧树脂的耐腐蚀性．例如，Tang 等[6]通过细乳液聚合制备了2020年12月袁才登等：水性氧化石墨烯/环氧树脂复合乳液的制备及其防腐性能·1315·具有高环氧含量的水性环氧树脂/聚丙烯酸酯复合胶乳，该乳液在成膜过程中，环氧基与伯胺之间交联而显著提高涂层的阻隔性能，然而这种细乳液聚合方法目前实现工业化的难度较大；David等[7]使用羧基封端的聚乙二醇己二酸酯(CTPA)和羧基封端的聚乙二醇琥珀酸酯(CTPS)作为改性剂来改性双酚A环氧树脂，从而提高环氧树脂的韧性和耐腐蚀性．这种工艺存在的问题是，为了实现环氧树脂良好的水分散性必须以消耗环氧基团的含量为代价，水性环氧树脂的环氧基含量越低，则涂层的交联度越受到限制，所以最终对耐腐蚀性的改善也很有限．除了采用聚合物对环氧树脂进行改性外，人们也广泛采用种类繁多的固体改性剂，其中石墨烯、氧化石墨烯、二氧化钛和蒙脱土等纳米材料均可应用于对水性环氧树脂的改性[8-9]．其中，石墨烯为新型功能纳米材料，可赋予聚合物更优异的性能．本课题组此前采用环氧树脂制备了表面活性剂并应用于制备稳定的少层石墨烯(FLG)改性的水性环氧树脂涂料，FLG改性的水性环氧树脂稳定性好，耐腐蚀性提高10倍左右[10]．此外，韩旭[11]制备了以聚苯胺、聚氨酯和埃洛石为填料的环氧树脂基复合涂料，进一步引入石墨烯作为改性剂，将改性涂料用于中间涂层，构成重防腐涂层，可有效提高环氧涂层的耐腐蚀性．通过前期的研究可知，石墨烯具有强疏水性，将其应用水性环氧树脂体系时，不易获得稳定的分散性．而氧化石墨烯(GO)微片的表面及边缘存在大量含氧官能团，使其具有良好的水分散稳定性[12-13]．因此，本工作采用与前期研究相类似的工艺，但以GO 代替FLG，通过相反转法[14-15]制备了稳定的水性GO/EP乳液．结果表明，GO改性的水性环氧树脂涂料具有更优异的耐腐蚀性能．1 实 验1.1 实验原料氧化石墨烯，由高碑店市隆泰丰博石墨烯材料有限公司提供．三氟化硼乙醚络合物(48% BF3)，购自南京盛必诚化工科技有限公司；聚乙二醇(分子质量为4000g/mol，PEG-4000)，购自上海麦克林生化科技有限公司；环氧树脂E-51(工业级)，购自广州穗欣化工有限公司；水性环氧固化剂，购自深圳市吉田化工有限公司．所有药品除特殊标明纯度外均为分析纯，环氧树脂E-51经标定环氧值后使用，其余药品未经处理直接使用．1.2 实验过程1.2.1环氧树脂(EP)乳化剂制备以环氧基和羟基摩尔比2∶1的比例称取一定质量E-51和PEG-4000加入250mL圆底四口烧瓶，油浴加热至80℃，混合均匀将反应物总质量0.4%的三氟化硼乙醚络合物缓慢滴加到反应器内，恒温搅拌反应时间2h，即获得带有亲水性基团的环氧树脂乳化剂.1.2.2水性环氧树脂乳液制备将E-51和自制的乳化剂以质量比100∶15的比例加入到500mL四口烧瓶中，混合均匀后加入相当于E-51质量1.5%的纳米二氧化硅、与E-51等质量的去离子水，于室温下搅拌分散1h，得到水性环氧树脂乳液．1.2.3GO/EP复合乳液制备按照前述制备水性环氧树脂乳液的质量比称取E-51、乳化剂、二氧化硅和去离子水加入四口烧瓶，搅拌均匀；称取相当于E-51质量0.5%的GO并加去离子水超声分散30min，然后将GO水分散液也加入烧瓶中，在室温下搅拌分散1h，得GO/EP复合乳液.1.2.4GO/EP固化成膜称取一定质量的GO/EP乳液，按EP、固化剂质量比为2∶1的比例混合均匀，为涂敷方便可适量加入去离子水调节黏度；真空脱除气泡；然后将涂料旋涂于经过砂纸打磨、乙醇清洗并烘干的10mm×10mm的201不锈钢片上，旋涂转速4000r/min，旋涂时间20s；最后将试样放入60℃干燥箱中加热1h，升温至120℃再固化4h后取出待测．1.3 测试与表征1.3.1氧化石墨烯表征SEM：取适量GO粉末，均匀涂抹在导电胶上喷金，然后使用Hitachi S-4800型SEM观察GO表面形态．AFM：将GO配制成0.001g/mL溶液，取样滴在云母片上旋涂并自然晾干；随后使用德国Bruker公司产Dimension Icon型原子力显微镜，以智能模式测试对GO进行扫描，以分析GO厚度及层数．XPS：采用美国Thermo Fisher S cientific公司产ES CALAB 250XI型X射线光电子衍射仪对GO进行检测并进行成分分析；采用Al Kα为X射线源，碳C1s作为矫正峰位(E C1s＝284.6eV)，全谱扫描工作电压200eV，C元素高分辨率谱，工作电压50eV．Raman光谱：使用DXR Microscope型激光显微拉曼光谱仪对GO进行扫描，扫描范围50～3500cm-1，激发波长532nm．·1316·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第53卷 第12期XRD：将GO粉末在研钵中研细后均匀涂布于样品台上，使用荷兰Panalytical公司X-Pert Pro型XRD仪测试，测试条件Cu Kα射线，工作电压和电流分别为40kV和40mA，角度扫描范围5°～40°，扫描速度5(°)/min．1.3.2水性EP乳液基本性质乳胶粒平均粒径及粒径分布测试：将乳液用去离子水稀释至0.5%，采用BI-90Plus型激光粒度仪(美国Brookhaven Instruments Co.)在室温下测定平均粒径及粒径分布．乳胶粒形态测试：将乳液用去离子水稀释至1%，取稀释后的乳液滴在导电铜网上，干燥后使用JEM-2100型TEM(日本电子株式会社)进行观察，加速电压为100kV．1.3.3GO/EP复合涂料测试1)贮存稳定性测试取聚合物乳液装入离心管，用TGL-16台式高速冷冻离心机(四川蜀科仪器有限公司)进行离心处理，工作温度20℃，离心速度3000r/min．一般地，如果在此转速下经过15min处理乳液无明显分层，则其贮存稳定性长于6个月[16]．2)吸水测试取固化好的干燥漆膜试样，测量初始质量并记录，然后将试样浸入去离子水中，并定时取出，用滤纸快速吸干试样表面水分后称重并记录，即可计算漆膜的吸水速率及饱和吸水量．3)附着力测试涂层的附着力按标准GB/T 9286—1998测试，所使用的漆膜划格器为东莞市华国精密仪器有限公司生产的附着力测试仪及配套工具，多刃切割刀(百格刀)间距为1mm，胶带为美国3M公司测试专用胶带，实验温度23℃，相对湿度50%．4)电化学测试将涂覆纯EP和GO/EP复合涂层的不锈钢片稳定接入三相电极后浸入3.5%的NaCl溶液的三电极电解槽中1h，以此模拟腐蚀环境，待开路电位稳定，设置测试参数开始测试涂层的电化学交流阻抗以表征涂层的抗腐蚀性能．本文使用荷兰Ivium Tech-nologies BV公司Ivium电化学工作站，扫描频率 10-2～105Hz，正弦交流电振幅10mV．2 结果与讨论2.1 水性EP乳液的粒径及形态水性EP乳液的平均粒径及分布如图1(a)所示，本工作制备的纯EP乳液的平均粒径约300nm且分布窄．乳胶粒的TEM照片如图1(b)所示，可以看出粒子具有规整的球形结构，大小均一，粒子间无团聚现象．所以，本文可以此稳定的水性EP乳液为基准，制备GO改性的水性EP乳液．（a）粒径分布（b）TEM照片图1水性EP乳液的粒径分布及TEM照片Fig.1Particle size distribution and TEM image of aque-ous epoxy emulsion2.2 GO的基本性质2.2.1SEM及AFM表征图2(a)为本文所使用的GO的SEM形貌图，可以看出，GO表面存在褶皱，因石墨被氧化时，原有结构被破坏，无序性结构增多，表面缺陷增多，一定程度上增加了GO亲水性，有利于和EP的结合．图2(b)～(d)为GO的AFM二维图像、高度图和三维图像．从图2(b)看出GO为薄片层，且存在少量未完全剥离的GO片层．由图2(c)可看出GO平均厚度约0.8nm，表明GO剥离较完全，其石墨烯层数为1～2层．与单层石墨烯的厚度相比，其层间距的增大因GO中含共价氧原子和sp3杂化碳原子而造成[17]．2.2.2XPS、Raman及XRD表征图3(a)为GO的XPS谱图，通过对谱图分析可知氧含量约40%．从图3(b)分峰谱图可看出GO带有4种碳氧基团[9]：284.8eV峰属于C—C、286.6eV 峰属于C—OH和醚键(C—O—C)碳、287.3eV峰对应羰基碳(C＝O)、288.7eV处则属于羧基碳(—COO)．由于含氧基团具有强极性，与水容易产生氢键作用，从而增强了GO亲水性，有利于GO在水性2020年12月袁才登等：水性氧化石墨烯/环氧树脂复合乳液的制备及其防腐性能·1317·（a）SEM照片（b）AFM 2D照片（c）2D图中划线对应的高度（d）AFM 3D照片图2GO的SEM及AFM表征Fig.2SEM and AFM characterizations of GO sheet涂料中更稳定的分散．图3(c)为GO的Raman光谱．GO的一阶光谱主要有两个特征峰，分别为1346cm-1处由sp3杂化或无序碳原子振动产生的D带和1570cm-1处由石墨基面产生的G带(晶体碳特征峰)，此外，2700cm-1处由双声子非弹性散射产生的峰为D带的倍频峰，称为2D带，其强度随无序度增加而增强，两峰强度之比R＝I D/I G可定性表示晶化情况，即GO的无序度，R数值越大表明石墨在氧化过程中无序度增加越多，即氧化程度越高[9]．本文中GO的I D/I G≈0.86，表明GO缺陷较多，无序度较大，即氧化过程中引入含氧官能团较多，这和XPS结果相一致．（a）XPS（b）XPS分峰及拟合（c）Raman光谱（d）XRD图3GO的XPS、Raman及XRD谱图Fig.3XPS，Raman spectra，and XRD pattern of GO sheet 图3(d)为GO的XRD谱图，于10.5°处出现了GO特征衍射峰，可通过布拉格方程计算出GO的层间距约为0.84nm，相比于层间距0.335nm的石墨，·1318· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第53卷 第12期层间距大幅度提高，层间范德华力减小，这归因于氧化过程中羟基、羧基、环氧基等含氧基团的插入．另外，XRD 谱图中在25.8°及附近出现杂峰为石墨特征峰，说明本文所使用的GO 并未被完全氧化、剥离，仍然存在少量的石墨结构． 2.3 乳液贮存稳定性乳液的储存稳定性采用加速试验来测定[16]．取水性EP 乳液和GO/EP 复合乳液，通过高速离心处理，在3000r/min 的转速下处理15min ，两种乳液均未发现明显的分层现象．直到将转速提高到8000r/min ，经过20min 的离心处理，纯水性EP 乳液发生分层(如图4(b )所示用箭头标识出的是分层的沉淀与清液的分界线)．该实验表明，所制备的水性EP 乳液贮存稳定性远高于1年，而GO/EP 乳液的贮存稳定性则更优于普通水性环氧树脂．（a ）GO/EP 复合乳液 （b ）水性EP 乳液图4 GO/EP 复合乳液和水性EP 乳液稳定性Fig.4 Comparison of the stabilities of GO/EP compositeemulsion and aqueous epoxy emulsion2.4 GO/EP 复合涂层吸水测试图5为纯水性EP 及GO/EP 复合涂层的吸水率测试结果．可以看出，两种漆膜的吸水量在刚开始的6h 内迅速提高，随后缓慢升高，EP 漆膜的饱和吸水率约为11%，而GO/EP 复合涂层的饱和吸水率约为6%．环氧树脂固化交联成网状结构，可有效阻碍水分子及亲水性离子向涂层内的扩散；尤其向涂层内引图5 纯水性EP 与GO/EP 复合涂层吸水率对比Fig.5 Water absorption of EP and GO/EP compositecoatings入GO 片层后，其片层结构会进一步加大腐蚀性离子在涂层内部的扩散路径，可大大延缓离子进入到涂层深层的速度，加强对金属基材的保护作用．这种保护作用通过电化学测试会看得更清楚． 2.5 GO/EP 复合涂层附着力测试对GO/EP 复合漆膜的附着力进行划格测试，漆膜划格的效果和用3M 专用胶带对划格表面撕离后胶带表面对漆膜的黏附效果分别如图6(a )、6(b )所示．图中划格间距为1mm ，可以看出百格刀划痕边缘整齐光滑，格子边缘无任何剥落，脱落面积显著小于5%；而胶带表面无黏贴物或脱落漆块(透明胶带，为清楚显示，拍照时加了黑色衬底)．根据附着力测试标准对照表，GO/EP 复合涂层与底材不锈钢板结合效果较好，达到ISO 0级．（a ）漆膜划格照片 （b ）3M 胶带照片图6 GO/EP 复合涂层附着力测试Fig.6 Adhesion test results for the GO/EP composite film2.6 GO/EP 复合涂层电化学测试图7为GO/EP 复合涂层电化学测试结果．R p 代表涂层的等效电阻，C 代表电容．涂层腐蚀速率R cor 计算式[18-19]为cor cor 0.0032ρ=I MR n式中：I cor 为腐蚀电流；M 为Fe 的相对原子质量；n 为发生腐蚀时Fe 转移电子数，n ＝2；ρ 为实验用不锈钢片的密度，ρ＝7.92g/cm 3．涂层对不锈钢的保护效率计算式为cor,Fe cor cor,Fe PE 100%−=×I II式中I cor,Fe 和I cor 分别为裸钢和涂层的腐蚀电流．裸钢及涂层的Bode 图、Nyquist 图及Tafel 曲线如图7所示，在表1中列出了由上述测试所计算得到的等效电阻、电容、腐蚀速率和保护效率．一般情况下用高频区域频率为10-2处的电阻模量|Z |来评估涂层防腐能力，防腐能力和涂层的电阻模量|Z |成正相关关系．由图7(a )可以看出，所制备的水性EP 涂层具有一定抗腐蚀能力，经GO 改性的复合涂层则可进一2020年12月 袁才登等：水性氧化石墨烯/环氧树脂复合乳液的制备及其防腐性能 ·1319·步提高涂层防腐效果．等效电阻越大，电容越小，涂层防腐能力越强，表现在图7(b )中即为阻抗弧半径越大．图中明显可以看出加入GO 的改性复合涂层阻抗弧更大，直观反映GO 的加入确实可增强涂层的防腐能力．从图7(c )中看出腐蚀电流明显呈下降趋势，腐蚀电流越小则复合涂层的抗腐蚀效果越好．表1 电化学分析的主要结果Tab.1Main electrochemical analysis results for the coatings样品 E cor /VR p /(kΩ·cm -2)C /(μF·cm -2)I cor /(μA·cm -2)腐蚀速率/(μm ·a -1)保护效率/%裸钢 -0.671 0.297 116.810 10.016 113.312水性EP 涂层 -0.212 1.112 50.660 1.337 15.126 86.651 GO/EP 涂层-0.054 165.160 28.774 0.107 1.211 98.932（a ）Bode 图（b ）Nyquist 图（c ）Tafel 曲线图7 涂层耐腐蚀性的电化学测试Fig.7 Electrochemical analyses of the anti -corrosivityperformances of the coatings就涂覆材料而言，腐蚀包括3个层次：涂层表面，由亲水性决定；涂层内部，与涂层中裂纹缺陷的分布密度相关；涂层/金属基体界面，受涂层与金属基体的结合强度影响．本文主要考察的是第2个层次，利用GO 的片层结构及其与环氧树脂良好的界面结构及相容性，改善涂层的缺陷，形成一道物理屏障来阻碍腐蚀介质的进入及其在涂层内的扩散．由表1中数据可知，与不加GO 的水性EP 涂层相比，GO/EP复合涂层等效电阻从1kΩ/cm 2增大到165k Ω/cm 2，电容降低至56%，年腐蚀速率下降92%，保护效率接近99%，大大提高了涂层的防腐能力．3 结 语以相反转法成功制备了水性氧化石墨烯改性环氧树脂复合乳液，对乳液稳定性、涂层的吸水率和附着力进行了测试，表明GO/EP 复合乳液稳定性优异，涂层吸水率明显低于未改性的水性环氧涂层且涂层对底材不锈钢板的附着能力较好．通过电化学测试表明，与纯水性环氧树脂涂层相比，GO/EP 复合涂层电阻大幅度提高，等效电容则几乎降低至一半，年腐蚀速率下降92%，保护效率接近99%．该测试结果表明GO 改性可显著提高水性环氧树脂的防腐效果． 参考文献：［1］ 芮健零. 水性环氧金属防腐涂料的制备及性能研究[D ]. 北京：北京化工大学，2018.Rui Jianling. 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Preparation and properties of graphene oxidemodified waterborne epoxy anticorrosive coatings[J].Chemical Engineer，2019，33(2)：1-4(in Chinese). ［10］Yuan Caideng，Zhao Meng，Sun Da，et al. Preparation and properties of few-layer graphene modified water-borne epoxy coatings[J]. Journal of Applied PolymerScience，2018，135(41)：46743.［11］韩 旭. 石墨烯/环氧树脂基涂层防腐性能研究及重防腐涂层构建[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学，2018.Han Xu. Study on Anticorrosion Properties of GraPhene/Epoxy Resin Based Coatings and Construction ofHeavy Anticorrosive Coatings[D]. Harbin：Harbin Uni-versity of Science and Technology，2018(in Chinese). ［12］Xu Zhiguang，Song Pingan，Zhang Jin，et al. Epoxy nanocomposites simultaneously strengthened and tough-ened by hybridization with graphene oxide and blockionomer[J]. Composites Science and Technology，2018，168(20)：363-370.［13］Tung V C，Allen M J，Yang Y. High-throughput solu-tion processing of large-scale graphene[J]. 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石墨烯类材料对环氧树脂的增韧及其机理研究
石墨烯类材料对环氧树脂的增韧及其机理研究石墨烯类材料对环氧树脂的增韧及其机理研究近年来，随着社会的发展和进步，人们对加工性能越来越高的材料的需求也日益增加，它提供了全新的强化和功能材料的发展机会。
随着材料科学的发展和进步，石墨烯类材料受到了越来越多的关注。
石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维物质，具有苛刻的物理性能，如弹性、高抗拉强度和抗热性等。
因此，将石墨烯加入环氧树脂材料中，可以极大地提高环氧树脂材料的性能。
首先，我们来讨论石墨烯类材料对环氧树脂材料的增强机理。
实验表明，将石墨烯类材料添加到环氧树脂中，具有增强机理的主要原因有三：首先，石墨烯的高抗拉强度可以提高环氧树脂的抗拉强度；其次，石墨烯的超高疲劳强度和恒定弹性模量可以提高环氧树脂的减振性能；最后，石墨烯的高抗冲击性能可以降低环氧树脂的抗冲击性能。
其次，我们来讨论石墨烯类材料对环氧树脂材料增韧的方法。
实验表明，通过改变石墨烯的形貌和尺寸可以改善环氧树脂的增韧性能。
此外，还可以在结构的不同部位使用不同尺寸的石墨烯，这些结构的不同部位可以起到自适应性调整的作用，使得石墨烯在结构中扮演自适应性调整的角色，从而更好地保证环氧树脂材料的增韧性能。
最后，我们来讨论石墨烯类材料对环氧树脂材料增韧的技术方案。
实验表明，将石墨烯以常规加工工艺技术混合到环氧树脂中，可以有效地改善环氧树脂材料的加工性能和耐久性。
此外，还可以通过超声波处理，对石墨烯的形貌和尺寸进行有序控制，使石墨烯的排列恒定，进而提高环氧树脂材料的增韧性。
在实际操作中，可以针对石墨烯加工工艺结合合理的技术方案，以提高环氧树脂材料的增韧性能。
综上所述，石墨烯类材料在环氧树脂材料中的应用可以大大改善环氧树脂材料的性能，其中最重要的原因是其高强抗拉强度、恒定弹性模量和高抗冲击能力，而且可以通过改变石墨烯的形貌和尺寸来改善环氧树脂材料的增韧性能，此外，还可以通过超声波处理来调整石墨烯的形貌和尺寸，可以提高环氧树脂材料的增韧性能。
《石墨烯基复合防腐涂料的制备及性能研究》范文
《石墨烯基复合防腐涂料的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业技术的快速发展，防腐涂料在工业领域的应用越来越广泛。
而传统的防腐涂料由于性能上的限制，已经无法满足现代工业对于防腐性能、环保性能以及使用寿命等方面的要求。
因此，研究和开发新型的高性能防腐涂料成为了当前研究的热点。
石墨烯作为一种新型的二维材料，具有优异的物理和化学性能，被广泛应用于防腐涂料的研究中。
本文旨在研究石墨烯基复合防腐涂料的制备方法及其性能，以期为新型防腐涂料的开发提供参考。
二、石墨烯基复合防腐涂料的制备1. 材料准备本实验采用石墨烯、环氧树脂、防锈颜料、溶剂等材料制备石墨烯基复合防腐涂料。
其中，石墨烯作为主要的功能材料，环氧树脂作为基体，防锈颜料和溶剂起到改善涂料性能的作用。
2. 制备过程（1）将石墨烯进行表面处理，以提高其在环氧树脂中的分散性；（2）将处理后的石墨烯与环氧树脂、防锈颜料等材料混合，搅拌均匀；（3）加入适量的溶剂，调节涂料的粘度和流动性；（4）将涂料进行真空脱泡处理，以消除涂料中的气泡；（5）将处理后的涂料进行包装，即得到石墨烯基复合防腐涂料。
三、石墨烯基复合防腐涂料的性能研究1. 防腐性能通过盐雾试验、浸泡试验等方法对石墨烯基复合防腐涂料的防腐性能进行研究。
实验结果表明，添加石墨烯的涂料具有优异的防腐性能，能够有效抵抗盐雾、潮湿等环境对金属基材的腐蚀。
与传统的防腐涂料相比，石墨烯基复合防腐涂料的防腐性能有了显著的提高。
2. 物理性能通过涂层硬度测试、附着力测试等方法对石墨烯基复合防腐涂层的物理性能进行研究。
实验结果表明，该涂料具有较高的涂层硬度和良好的附着力，能够满足实际使用的要求。
3. 耐候性能通过人工加速老化试验等方法对石墨烯基复合防腐涂料的耐候性能进行研究。
实验结果表明，该涂料具有良好的耐候性能，能够在恶劣的环境下保持较好的性能稳定性。
四、结论本文研究了石墨烯基复合防腐涂料的制备方法及其性能。
实验结果表明，该涂料具有优异的防腐性能、物理性能和耐候性能，能够满足实际使用的要求。
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》范文
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》篇一一、引言随着环境保护意识的日益增强，水性涂料因其低污染、低毒性、环保等优点逐渐成为涂料领域的研究热点。
其中，水性环氧防腐涂料以其优异的防腐性能和良好的装饰效果在工业防腐领域得到了广泛应用。
然而，传统的水性环氧防腐涂料仍存在耐磨性、耐候性及防腐性能的不足。
为了进一步提高其性能，研究人员将目光投向了新型的纳米材料，如胺基化石墨烯。
本文旨在研究胺基化石墨烯的制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用，为水性环氧防腐涂料的性能提升提供新的思路。
二、胺基化石墨烯的制备1. 材料与方法胺基化石墨烯的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）和化学还原法相结合的方法。
首先，通过CVD法在铜箔上制备出高质量的石墨烯薄膜；然后，通过氧化和胺基化反应将胺基（如-NH2）引入石墨烯表面；最后，经过高温热处理或化学还原法去除铜箔并还原石墨烯。
2. 制备过程及原理制备过程中，首先将石墨粉进行氧化处理，使其表面含有丰富的含氧官能团。
然后，在高温条件下，利用CVD法在铜箔上生长出石墨烯薄膜。
接着，通过化学反应将胺基引入石墨烯表面，形成胺基化石墨烯。
最后，经过高温热处理或化学还原法去除铜箔并还原石墨烯，得到纯净的胺基化石墨烯。
三、胺基化石墨烯在水性环氧防腐涂料中的应用1. 胺基化石墨烯的分散与改性将制备好的胺基化石墨烯加入到水性环氧树脂中，通过高速搅拌和超声波分散技术使其均匀分散在涂料中。
为了提高其与环氧树脂的相容性，还可采用偶联剂进行表面改性。
2. 涂料的制备与性能测试将经过分散和改性的胺基化石墨烯与水性环氧树脂混合均匀，再加入其他助剂如分散剂、成膜助剂等，搅拌均匀后即可得到胺基化石墨烯水性环氧防腐涂料。
通过实验测试其性能，包括干燥时间、附着力、硬度、耐磨性、耐候性及防腐性能等。
四、实验结果与分析通过实验发现，添加了胺基化石墨烯的水性环氧防腐涂料在各方面性能上均有显著提升。
其干燥时间缩短，附着力增强，硬度、耐磨性和耐候性均有所提高。
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》篇一一、引言随着环境保护意识的增强和科技的不断进步，新型的防腐涂料技术成为了研究热点。
在众多材料中，胺基化石墨烯因其独特的物理化学性质，在防腐涂料领域展现出巨大的应用潜力。
本文将详细介绍胺基化石墨烯的制备方法，并探讨其在水性环氧防腐涂料中的应用。
二、胺基化石墨烯的制备胺基化石墨烯的制备主要包括石墨烯的氧化、胺基化改性等步骤。
1. 石墨烯的氧化首先，采用改进的Hummers法对石墨进行氧化处理，使其表面富含羧基、羟基等含氧官能团，提高其在水中的分散性和反应活性。
2. 胺基化改性接着，通过胺基化反应，将胺基（-NH2）引入到石墨烯的表面。
常用的胺基化试剂包括乙二胺、己二胺等。
通过这种方法，可以在石墨烯表面引入大量的胺基，从而得到胺基化石墨烯。
三、胺基化石墨烯在水性环氧防腐涂料中的应用1. 提高涂料的防腐性能胺基化石墨烯具有优异的物理化学性质，如高比表面积、良好的导电性、强吸附性等，使其成为一种理想的防腐添加剂。
将胺基化石墨烯添加到水性环氧防腐涂料中，可以提高涂层的防腐性能，延长涂层的使用寿命。
2. 改善涂料的性能在涂料中添加胺基化石墨烯，还可以提高涂料的耐候性、耐磨性、抗划伤性等性能。
此外，由于胺基化石墨烯具有优异的导电性，使其在静电屏蔽方面也有很好的表现。
3. 制备方法将制备好的胺基化石墨烯按照一定比例添加到水性环氧树脂中，经过搅拌、分散、研磨等工艺，得到具有优异性能的水性环氧防腐涂料。
四、实验结果与讨论通过实验，我们可以观察到，添加了胺基化石墨烯的水性环氧防腐涂料在防腐性能、耐候性、耐磨性等方面均有所提高。
同时，胺基化石墨烯的添加量对涂料性能的影响也进行了探讨。
实验结果表明，适量添加胺基化石墨烯可以获得最佳的涂料性能。
五、结论本文介绍了胺基化石墨烯的制备方法及其在水性环氧防腐涂料中的应用。
实验结果表明，胺基化石墨烯的添加可以显著提高涂料的防腐性能、耐候性、耐磨性等性能。
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石墨烯/环氧树脂复合涂料
环氧树脂（EP）因具有不同的分子结构，可以表现出不同的性能。
且由于易与不同的固化剂、稀释剂、助剂等混合使用，制备出具备优异的机械、力学、热学、粘结性、绝缘和防腐性能的环氧树脂材料，而被广泛应用于防腐涂料。
但随着应用环境复杂化，单纯的EP涂料表现出一些不足:一是由于热导率低导致耐热性差，多数EP只适用于100℃以下的环境；二是因固化后交联密度大，以致于摩擦系数高，耐磨性和耐冲击性差；三是电阻率高易产生静电效应；四是固化后易产生缺陷，影响防腐性能。
为更好地利用EP的优点，如陕西邦希水性漆常加入填料以改善性能。
石墨烯因其独特的晶体结构和优异的物理性能及其衍生物可引发聚合反应等特点，引入柔性链段，在改善树脂基材料性能方面具有巨大的潜力。
由于石墨烯的比表面积大、表面能高，作为填料添加到环氧树脂中时易团聚，从而影响涂料性能。
为将石墨烯均匀分散到环氧基体中，学者们进行了大量研究。
从最初的简单混合，发展到超声分散技术，进而利用硅烷偶联剂改善石墨烯与环氧树脂之间的接合性和相容性。
研究发现:石墨烯的加入利于提高涂料性能，但当添加到一定量时，由于石墨烯的堆积会影响涂料性能的进一步提升。
近几年，部分学者通过对石墨烯表面进行官能团修饰，制备出了功能化石墨烯，发现其在保留石墨烯基本特性的同时，可改善与环氧基体的接合性，使得石墨烯/环氧树脂复合涂料的研究有了新的进展。