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石墨烯水性防腐涂料技能关键,都在这篇文章里了!,188金博宝在线,xpj5o33i.com
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石墨烯水性防腐188金博宝技能关键,都在这篇文章里了!
2019年06月24日    阅览量:24999    新闻来源: 石墨烯资讯  |  投稿
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现在,石墨烯复合防腐188金博宝的研讨首要以溶剂型复合资料为主,因含有许多的有毒重金属和蒸发性有机物质(VOC),溶剂型防腐188金博宝的开展遭到越来越多的约束。跟着人们环保知道的不断进步,世界各国对防腐188金博宝的开展提出越来越多的要求,防腐188金博宝正向高功用化、功用化、绿色化的方向开展,特别是开展水性188金博宝已成为重防腐蚀188金博宝的重要开展方向。


石墨烯是世上最薄的防腐蚀资料,可用于金属防护,有关石墨烯在防腐范畴的研讨招引了世界各国研讨者的重视我国188金博宝在线xpj5o33i.com188金博宝在线xpj5o33i.com。许多的研讨效果标明,石墨烯超大的比外表积、优秀的阻隔性、高的化学安稳性及杰出的导电性等功用,关于防腐188金博宝归纳功用具有较强的进步效果,如增强涂层对基材的附着力,进步188金博宝的耐磨性和防腐性,一起具有环保安全、无二次污染等特性。


近年来,依据石墨烯的防腐运用研讨首要会集在纯石墨烯防腐涂层以及石墨烯复合防腐涂层。纯石墨烯涂层一般经过化学气相堆积(CVD)办法、机械搬运法、喷雾法等办法,将纯石墨烯掩盖到铜、镍等金属基材外表,运用石墨烯本身二维片层结构层层叠加构成的细密阻隔层对金属进行防护。


可是,单纯运用石墨烯防腐蚀涂层具有许多局限性:对石墨烯质量要求高,一旦薄膜有细微的缺点便会加重金属腐蚀,只能供给短时间的抗氧化腐蚀效能;对金属基底可挑选的不多,对设备要求高;难以大规模、大面积制备,难以产业化。


与纯石墨烯防腐188金博宝比较,石墨烯复合防腐188金博宝能够统筹石墨烯优异的化学安稳性、快速导电性、杰出的力学功用和聚合物树脂的强附着力、成膜性,可协同进步188金博宝的归纳功用。别的,石墨烯复合防腐188金博宝的制备办法和涂覆工艺等都可树立在传统188金博宝出产的工艺基础上,在工业化组成和产业化运用中表现出很好的可控性和施工性。因而,石墨烯复合防腐188金博宝将是未来新式防腐蚀涂层资料的新生力量。


现在,石墨烯复合防腐188金博宝的研讨首要以溶剂型复合资料为主,因含有许多的有毒重金属和蒸发性有机物质(VOC),溶剂型防腐188金博宝的开展遭到越来越多的约束。跟着人们环保知道的不断进步,世界各国对防腐188金博宝的开展提出越来越多的要求,防腐188金博宝正向高功用化、功用化、绿色化的方向开展,特别是开展水性188金博宝已成为重防腐蚀188金博宝的重要开展方向。我国188金博宝职业“十二五”规划明确指出,将水性防腐188金博宝向重防腐范畴推行,188金博宝职业“十三五”规划亦将大力开展高固体分和水性等环境友好型188金博宝作为关键研制项目。因而,加速石墨烯在水性防腐涂猜中的运用研讨,开发低成本、高功用、绿色环保的新式石墨烯水性复合防腐188金博宝,关于加速水性188金博宝的转型,推进环保型重防腐188金博宝的开展进程,具有深远的战略意义和宽广的开展前景。因而,本文将侧重介绍石墨烯的防腐机制、石墨烯水性复合防腐188金博宝的研讨进展以及石墨烯在水性188金博宝实践运用中所面对的难点。


1 石墨烯防腐机理

石墨烯本身具有的共同结构性质,使其在物理防腐和电化学防腐方面都展现出必定的优势。石墨烯的片层结构层层叠加、交织摆放,在涂层中可构成“迷宫式”屏蔽结构,能够有用按捺腐蚀介质的滋润、浸透和涣散,进步涂层的物理阻隔性。一起,因为其小尺度效应,石墨烯能够填充到涂层的缺点傍边,削减涂层孔隙率,增强涂层细密性,进一步推迟或阻挠腐蚀因子浸入到基体外表。石墨烯层与层之间有杰出的光滑效果,石墨烯的片层结构能够将涂层分割成许多小区间,能够有用地下降涂层内部应力,耗费开裂能量,从而进步涂层的柔韧性、抗冲击性和耐磨性。别的,石墨烯的共轭结构使其具有很高的电子迁移率,表现出杰出的导电性,一起,其片层结构亦能够确保涂层间有较好的电化学触摸,构成导电网络,供给更佳的电化学保护。


2 石墨烯在水性复合防腐涂猜中的运用

水性188金博宝因低污染、易净化、无影响等特色,成为188金博宝职业大力开展的绿色环保型188金博宝。现在全国各地正加速进行油改水的进程,但水性188金博宝的防护效果仍比不上其对应的溶剂型188金博宝,导致其在重防腐范畴中的运用程度依然不高。水性188金博宝存在一些技能性的问题:因为成膜机理的不同,与溶剂型188金博宝比较,水性防腐188金博宝难以构成组成高度均一、结构高度完好的高质量涂层,其成膜性、耐磨蚀功用欠好;水性防腐涂猜中残留的水性基团使其对水、氧气等腐蚀介质的屏蔽能力差;因水的外表张力大,水性涂层难以到达对颜填料的高度滋润和涣散,因而改进水性188金博宝的防腐性已成为环保188金博宝开展中的关键。石墨烯具有的共同功用,为改进水性188金博宝的细密性、阻隔性、机械功用以及防腐功用带来新的改进途径。近年来,石墨烯的制备、功用化改性以及石墨烯聚合物纳米复合资料的研讨进展显着,经过溶液或熔融共混、原位聚合等办法制备的溶剂型复合防腐188金博宝所展现出的效果亦被证明可行,这些为石墨烯水性复合防腐188金博宝的运用开发供给了研讨依据,并带来了新的或许。


2.1 石墨烯水性聚氨酯防腐188金博宝


水性聚氨酯(WPU)具有溶剂型聚氨酯的功用,又克服了溶剂蒸发对环境的污染。可是WPU 的热安稳性、耐溶剂性及力学功用等较差,影响其运用规模,因而为了供给WPU 的归纳功用,一般要对其进行交联改性、环氧树脂改性、有机硅改性以及无机纳米资料(SiO2、TiO2、CNTs)改性等。石墨烯作为新的高功用纳米增强体,使聚氨酯的耐水性、热功用、力学功用均有不同程度的进步。Yoon 等运用共混法将异氰酸烯丙酯改性后的氧化石墨烯(iGO)与WPU进行复合,经调查,复合物的拉伸强度、玻璃化转变温度和热安稳功用都有显着进步。Yang 等将氧化石墨烯(GO)、复原型氧化石墨烯(RGO)以及功用化的石墨烯衍生物作为无机纳米填料增加到水性聚氨酯(PU)防腐涂猜中,结合盐雾试验、电化学阻抗(EIS)表征手法,具体调查了石墨烯的外表化学状况、涣散状况以及用量等要素对PU 复合涂层耐蚀功用的影响。效果标明,质量分数为0.2%的RGO对PU 复合涂层的耐腐蚀功用具有最优异的增强效果。Chen 等发现在热塑性聚氨酯(TPU)中参加少数的磺化石墨烯后,复合资料的杨氏模量进步了120%。


从复合188金博宝的相容性和安稳性考虑,Li 等用钛酸酯偶联剂来功用化石墨烯,使其在水性聚氨酯中均匀涣散。Wang 等选用溶胶-凝胶法将硅烷功用化的石墨烯与WPU 复合,效果发现增加2.0%的石墨烯可使涂层的杨氏模量进步86%,抗张强度进步71%。


丁建宁等运用氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对GO 外表功用化润饰,进步了GO 在丙酮、DMF 有机溶剂中的涣散性,并运用GO 上的—NH2 基团与WPU聚合物单体间的化学反响,经过原位聚合法制备了GO/WPU 复合资料,改进了GO 在WPU 基体中的相容性。李友良等经过原位聚合法,在制备水性聚氨酯的加水乳化反响进程中参加氧化石墨烯溶液、去离子水和乙二胺,再参加维生素C 进行原位复原,最终制得石墨烯/水性聚氨酯纳米复合资料。朱科等经过逐渐聚合反响将异氰酸酯功用化石墨烯(IGN)接枝到水性聚氨酯(WPU)链段中,制备得到水性异氰酸酯改性石墨烯/聚氨酯纳米复合乳液( IGN/WPU),并将其运用到金属防腐涂层范畴。效果标明,随IGN 含量的增加,涂层硬度进步,水蒸气透过率下降,防腐功率增大。


2.2 石墨烯水性环氧防腐188金博宝


经过研制作业者们多年的尽力,水性环氧188金博宝现已克服了耐水性/耐蚀性差的缺点,逐渐运用到溶剂型188金博宝所触及的重防腐范畴。为进一步进步其防腐功用,研讨人员将石墨烯复合到水性环氧涂猜中开发出新式复合涂层。


王玉琼等用聚丙烯酸钠将石墨烯浆料均匀安稳地涣散到水溶液中,再经物理混合得到石墨烯水性环氧树脂涂层,经过极化曲线、沟通阻抗谱和中性盐雾试验探讨了涂层的耐蚀功用。效果标明增加石墨烯后,复合涂层表现出较好的隔水功用,水分子在涂层中的涣散速率显着减缓;一起,涂层的防腐效果显着进步,电化学测验效果显现,增加了石墨烯的复合涂层的自腐蚀电流密度显着减小,涂层电阻和电荷搬运电阻增大。张兰河等运用原位聚合-化学复原法将苯胺插层聚合到石墨烯的外表和片层间,制备出聚苯胺/石墨烯复合资料,并选用机械共混法取得聚苯胺/石墨烯-水性环氧树脂复合防腐188金博宝。研讨效果发现,与聚苯胺比较,掺杂了石墨烯的聚苯胺复合资料具有更高的比外表积,且坚持了石墨烯原有的片层状结构;所制备的复合涂层表现出的抗渗性、耐蚀性和防腐性,均优于聚苯胺和纯环氧树脂的防护功用。


为使石墨烯复合188金博宝的涣散性和安稳性更好,Zhang 等在氧化石墨烯GO 复原进程中参加聚乙烯吡咯烷酮PVP,借助于两者间的非共价键π-π 相互效果得到高安稳性的PVP-rGO 涣散液, 运用原位组成法将PVP-rGO 与水性环氧树脂复合制备石墨烯-环氧涂层,并具体调查了不同石墨烯增加量对复合涂层防护功用的影响。与纯环氧涂层比较,增加了PVP-rGO的石墨烯-环氧涂层的热分化温度、杨氏模量、防腐蚀功用均有显着进步,且石墨烯用量存在最优值。余海斌等运用苯胺低聚物衍生物与石墨烯之间构成π-π 键,使得石墨烯在水中的溶解度大于1 mg/mL,导电率~1.5 S/cm。高延敏等运用GO 外表含氧官能团与氨基硅烷偶联剂中氨基的反响,制备了氨基硅烷偶联剂功用化润饰的GO,大大进步了GO 的疏水性和其与环氧树脂的亲和力,进步了水性环氧防腐188金博宝的耐磨性和耐腐蚀功用。


 2.3 石墨烯水性丙烯酸防腐188金博宝


水性丙烯酸防腐188金博宝价格低廉,具有安全环保、耐老化性优异、耐碱性佳、组成加工简略等特色,但因亲水性基团的残留,其耐水性较差,易闪蚀。蓝席建等人[24]将石墨烯用于水性丙烯酸树脂的防腐涂猜中,经过配用相应的涣散剂或偶联剂,改进了石墨烯在涂猜中的涣散性,并进一步经过拌和、砂磨、过滤等工艺,完成水性石墨烯188金博宝的制备。效果标明,水性石墨烯188金博宝具有杰出的耐水性和耐盐雾性,其防腐效果显着优于其他碳系资料填充的水性188金博宝。吕生华等人[25]运用溶液共混法制备氧化石墨烯/丙烯酸酯/水泥复合188金博宝,研讨发现GO 外表的含氧基团可有用调控水泥水化产品的成长,使复合涂层的抗浸透性、拉伸强度和开裂伸长率等功用得到显着进步,而且涂层对环境友好、无污染。


 2.4 石墨烯水性无机富锌底漆


水性无机富锌底漆是以硅酸盐溶液为重要成膜物质,以高含量的锌粉(为进步涂膜功用,可适量掺混些片状铝粉、绢云母粉、磷铁粉、磷铁锌硅粉等)等为防腐颜料的水性重防腐底漆。因为富锌含量高,锌粉在空气中易发白,削减了涂层的附着力,涂层在运用进程中易起泡和干裂,防腐功用下降。袁高兵等将石墨烯作为防腐助剂参加到水性无机富锌188金博宝硅酸盐液系统统中,效果标明不含石墨烯防腐助剂的涂膜板耐盐雾试验1500 h 后就开端呈现点绣、气泡等反常改变,而含有微量石墨烯防腐助剂的涂膜板耐盐雾试验2000 h 后仍无任何改变,标明增加石墨烯进步了涂膜的耐盐雾功用。


归纳前文所述内容,国内外腐蚀防护作业者在石墨烯水性复合防腐188金博宝功用研讨方面做了许多作业,石墨烯水性复合防腐188金博宝所展现出的效果,阐明水性188金博宝经石墨烯改性后,功用有所进步。可是,大都研讨都是试验室效果,研讨内容碎片化,且研讨关键会集在怎么制备石墨烯复合防护涂层以及验证石墨烯的防腐功用,疏忽了对石墨烯选材、石墨烯水性复合188金博宝的配套系统的研讨,特别是对石墨烯对水性涂层防腐功用间的构效联络以及石墨烯与涂层的涣散、界面问题等知道缺乏。


3 石墨烯在水性防腐范畴中的运用难点


3.1 处理石墨烯的选材及与水性188金博宝的配套问题


石墨烯的制备办法不同,其物理结构、化学性质也不尽相同。如图1 所示,氧化石墨烯GO、复原氧化石墨烯RGO 的结构虽与石墨烯GNP 相似,但因为化学润饰的影响,其外表存在许多的结构缺点,构成其导电、机械、力学等功用均没有GNP 的优异。


在亲疏水性方面,受外表效应的影响,GNP 对水的滋润性很差,表现出杰出的疏水性,比较于GNP,GO、RGO 外表因含有许多或少数的含氧有机官能团,表现出杰出的亲水性。当GNP 和GO 作为填料增加到树脂中时,疏水性的GNP 将阻挠或推迟水、氧等腐蚀介质的浸透,而亲水性的GO 将在必定程度上促进腐蚀介质的浸透。


在涣散性和相容性方面,GO、RGO 因外表含有的一些有机官能团(羧基、羰基、环氧基)具有必定的反响活性,能与树脂中的一些基团反响生成化学键,表现出比GNP 和树脂之间更好的界面相容性。


Chang 等人探求了不同温度下热复原所得到的氧化石墨烯(TRGs)外表羧基含量的改变,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/TRGs 复合188金博宝防腐功用的影响,研讨效果发现,热复原温度较低时,石墨烯外表能够保存更多的羧基基团,在188金博宝基体中所表现出的涣散性和相容性也更好。


在导电性方面,GNP 因杰出的共轭结构,表现出优异的导电性,与GNP 比较,GO、RGO 外表因有机官能团的存在损坏了其原有的共轭结构,导电性远不如GNP。


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此外,石墨烯的厚度、片径尺度、片层结构的弯曲程度、比外表积等特性,与涂层防护功用之间亦有直接联络。现在国内石墨烯相关的研讨机构、出产厂家有上百家,所选用的制备办法、出产工艺不尽相同,出产出的石墨烯产品功用各异,在将石墨烯用于防腐188金博宝时,效果必定不同,因而挑选运用何种石墨烯是研讨者首要考虑的问题。


188金博宝是一个杂乱的配套系统,各组分间协同发挥防护效果。现在关于石墨烯水性复合防腐188金博宝的研讨趋于多样化,不只石墨烯的挑选多样,而且成膜树脂、颜填料、助剂的挑选也是多样的,因而针对不同的腐蚀环境挑选何种石墨烯和水性防腐188金博宝构成完好的配套系统是研讨的关键。对此,有必要树立一个石墨烯及防腐188金博宝的归纳点评系统,具体调查不同结构和物化性质的石墨烯资料对不同组分水性188金博宝防护功用的影响,深化探究其效果机理,为后续水性防腐188金博宝专用石墨烯的挑选供给理论和试验实践依据。


3.2 处理石墨烯在水性涂猜中的用量问题


在没有增加石墨烯填料时,纯树脂在成膜进程易发作裂纹,涂层微观多孔,腐蚀介质很简略经过空地、裂纹涣散。当增加抱负含量时,石墨烯的片层结构层层叠加、上下交织摆放,在涂层中能够构成几十到上百的细密的物理阻隔层,大大进步涂层的抗浸透性。


当石墨烯填料增加量过大时,一方面因为其外表效应,石墨烯发作集合,在涂层中呈现许多的无序堆积,构成硬的聚会体成为188金博宝缺点;另一方面石墨烯含量过高构成188金博宝的黏度、颜料体积浓度(PVC)过高,影响涂层的成膜性和附着力,使得涂层发作许多的裂纹和缺点,促进腐蚀的进行。总归,石墨烯含量过低或过高都不能供给很好的防护功用,因而有必要调查石墨烯用量对涂层微观结构、黏度、附着力以及防护功用的影响,并针对特定的188金博宝系统挑选抱负的石墨烯增加量。


3.3 处理石墨烯在水性涂猜中的涣散性和相容性问题


石墨烯的高外表积、强范德华力和π-π 效果使其易发作聚会,与水、有机溶剂以及聚合物间不能构成安稳的化学键结合,导致其与树脂间的界面结合力弱小,相容性差,易发作相别离,严重影响涂层的功用。


现在研讨较多的石墨烯涣散技能包括化学法涣散和物理法涣散,即经过共价键及非共价键润饰完成石墨烯的功用化,石墨烯和188金博宝树脂的交融首要经过共混法和聚合法等。


3.3.1 共混法


共混法是将石墨烯直接涣散于涂猜中,其混合办法可所以溶液或熔融共混。一般选用高速磁力拌和工艺、剪切乳化工艺、球磨法或砂磨涣散工艺,运用剪切力使聚合物链吸附刺进石墨烯片层中,运用的基体首要有聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。可是,该办法存在必定的缺点。一方面,石墨烯具有较高的外表自由能,易于发作本身聚会;另一方面石墨烯与聚合物之间没有化学键效果,相对方位并不结实,因而在共混进程中,不可避免地呈现石墨烯集合。为处理此问题,在共混之前,研讨者多运用非共价键润饰的办法,经过氢键效果、静电效果和π-π 相互效果等,完成润饰剂(助剂、安稳剂等)对石墨烯预浸湿,以便进步石墨烯的溶解性及其与188金博宝的相容性,而且,该法不损坏石墨烯的共轭结构,可坚持其优异的功用。例如,在石墨烯复原进程中,参加水溶性的小分子或芳香族的聚合物(如吡啶酸、磺酸基化的聚苯胺、聚对苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等)作为安稳剂,经过安稳剂与石墨烯间的π-π 相互效果,制备涣散安稳的石墨烯纳米片。


3.3.2 聚合法


近年来,研讨人员经过原位聚合、乳液聚合或可控自由基聚合等组成办法,将具有特定官能团的活性物质,以共价键的办法接枝到石墨烯外表,如图2 对石墨烯进行氢化、氟化、卤素化、自由基或许附加苯环等功用化润饰,完成了对石墨烯外表结构的裁剪,进步了其反响活性,有用改进了石墨烯无机纳米填料在188金博宝基体中的溶解性、涣散性和相容性。Chang 等经过原位聚合法制备了4-氨基苯甲酸改性的石墨烯(ABF-G)片层资料,并将其作为无机纳米填料复合到聚苯胺涂猜中。研讨效果显现,与非导电有机黏土填料比较,接枝后的ABF-G 片层填料具有更高的长径比,有用延长了腐蚀介质进入金属基底外表的途径,使得聚苯胺/石墨烯复合188金博宝的防腐功用均优于聚苯胺和聚苯胺/黏土复合资料。Ruoff 等人经过异氰酸酯有机反响将GO 的羧基和羟基别离转变为酯胺和氨基甲酸酯,完成了对GO 溶解性的调控。与未改性的GO 比较,经过功用化改性后的GO 外表因存在大的疏水基团,在一些极性非质子溶剂中(如DMSO、DMF、NMP 等)表现出杰出的涣散安稳性。Duan 等人经过外表引发的原子搬运自由基聚合(ATRP)将聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA ) 接枝到GO 外表, 所得到的PMMA-g-GO纳米复合资料具有GO的浸透按捺效果和PMMA 的多种溶剂可溶性的协同性质,而且所制备的涂层厚度均匀、可控。聚合法能够确保聚合物分子链衔接、缠绕到石墨烯外表,而且二者间存在强的界面相互效果,可有用处理石墨烯在涂猜中的涣散性和相容性问题。可是,聚合法对反响的要求较高,反响进程中难以完成对官能团方位、份额以及接枝率的有用操控,不适合大规模运用。

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4 总结与展望

水性防腐188金博宝经石墨烯改性后,机械力学功用、化学安稳性及防腐功用等得到进步,国内已有不少相关研讨作业和专利宣布,开展势头较好。可是,石墨烯在水性涂猜中的运用研讨大都都是试验室效果,研讨尚处于起步阶段,仍存在许多扎手的科学问题和技能难题,如:针对水性188金博宝需到达的防护功用,挑选何种结构性质的石墨烯原材能制备出防护效果最优的石墨烯水性复合188金博宝配套系统;依据水性树脂基体的外表特性,怎么挑选简略高效的改性和复合办法改进石墨烯与聚合物树脂的界面相容性;挑选何种涣散技能与工艺完成石墨烯的高效涣散,打破其下流运用的瓶颈;怎么树立完善的点评办法,调查石墨烯的结构、性质、用量及涣散功用与188金博宝防护功用间的构-效联络,清楚其效果机理。石墨烯水性复合防腐188金博宝的运用开发热潮继续升温,其进一步开展可期。


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