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石墨烯改性有机防腐涂料研讨进展,188金博宝在线,xpj5o33i.com
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石墨烯改性有机防腐188金博宝研讨进展
2019年04月29日    阅览量:39991    新闻来源:烯墨如金  |  投稿
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经过10多年的开展,石墨烯逐步成为一个抢手的科学课题,其巨大的工业开展远景引起了国际的重视。研讨人员致力于石墨烯在资料、电子、动力和生物范畴的运用,使石墨烯成为最受欢迎的纳米资料。由于具有优异的化学安稳性、热安稳性和隔绝功用,石墨烯在金属腐蚀防护范畴得到了广泛的研讨188金博宝在线xpj5o33i.com。石墨烯在腐蚀防护范畴中首要有两方面的运用,别离为石墨烯防腐蚀膜和石墨烯改性有机防腐蚀188金博宝,本文首要介绍石墨烯改性有机防腐蚀188金博宝近年来的研讨进展。

  将石墨烯或其衍生物作为填料参加到传统的有机防腐蚀188金博宝,是石墨烯在金属防腐蚀中非常重要的一个运用。石墨烯复合涂层的研讨始于2012年,该办法首要运用石墨烯的化学慵懒和隔绝性来延伸腐蚀介质在涂层中的传达途径,这是石墨烯防腐涂层的根本规划理念。


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石墨烯在有机防腐涂猜中的涣散及运用

开端的研讨是经过物理混合的办法,将未经任何处理的石墨烯作为填料简略地增加到有机涂猜中。纯石墨烯的外表缺少活性官能团,在运用之前常常需求进行外表改性。因而,现在研讨人员在有机防腐涂猜中增加的是氧化石墨烯(GO)或部分复原的氧化石墨烯(rGO)。结果标明:掺杂氧化石墨烯的环氧涂层对碳钢的防护作用得到显着改善。事实上,石墨烯与有机188金博宝的简略物理掺杂是不常见的。这是由于石墨烯与树脂资料的相容性不抱负,甚至会发作不良影响。此外,石墨烯和氧化石墨烯的高比外表积及外表能导致其易于聚会。因而,在有机防腐188金博宝的运用中,石墨烯的安稳和均匀涣散是必不可少的。一般在石墨烯和氧化石墨烯的外表进行官能团改性,以下降其外表能。经过官能团之间的排挤或与树脂聚合物的结合来完成石墨烯在树脂中的有用涣散和相容性。到现在为止,石墨烯复合资料运用于各种涂猜中,以制备改性有机防腐蚀涂层,例如环氧树脂、聚氨酯、聚苯胺、醇酸树脂、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛涂层系统。鄙人文中,将对石墨烯在有机防腐涂猜中的涣散和运用进行论述。

硅烷偶联剂常用于石墨烯的改性。在硅烷偶联剂中,硅烷分子被水解,构成活性Si—OH。活性Si—OH能够与石墨烯或氧化石墨烯的活性基团(如羟基、羧基等)发作化学反响。硅烷分子上的官能团(如氨基、环氧等)能够为随后的偶联润饰供给活性位点。例如硅烷偶联剂KH550经过氨丙基三乙氧基硅烷对石墨烯进行外表改性,进步了其在聚氨酯中的涣散性,增强了与聚氨酯的相容性。结果标明:改性石墨烯显着进步了有机防腐涂层的阻抗,下降了腐蚀电流。假如运用含有环氧基团的硅烷偶联剂,则可取得具有更好涣散性以及与环氧树脂相容性更佳的石墨烯复合资料。

石墨烯和氧化石墨烯的外表改性也能够经过负载无机纳米氧化物来完成。选用简略沉积回流技能将纳米二氧化硅膜或纳米氧化锌颗粒负载在氧化石墨烯外表。掺杂二氧化硅改性石墨烯的环氧树脂的机械强度有显着增强。硅烷偶联剂可作为石墨烯负载无机纳米资料的桥梁,经过硅烷偶联剂KH550改性的氧化石墨烯,其外表能够接枝纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米氧化钛等纳米颗粒。所得到的石墨烯复合资料能够显着进步涂层的维护功用。

环氧树脂是一种广泛运用于有机防腐188金博宝的成膜剂。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)能够完成石墨烯在环氧树脂中的涣散。Zhang等研讨了石墨烯在环氧树脂中的涣散性,发现在PVP环境中,石墨烯氧化物被复原构成PVP-rGO涣散体,然后制备了不同PVP-rGO含量的环氧有机防腐188金博宝。结果标明:PVP-rGO在环氧树脂中涣散均匀,能够有用改善涂层的附着力和隔绝功用。与纯环氧树脂涂层比较,PVP-rGO含量为0.7%的涂层的热分化温度进步了73℃,杨氏模量进步了200%以上,塑性指数下降27%,腐蚀速率下降了4倍。

聚苯胺纳米纤维(PANI)对石墨烯的官能化改性也能够促进石墨烯在环氧树脂中的涣散。Hayatgheib等选用聚苯胺纳米纤维改性氧化石墨烯,并制备了氧化石墨烯-聚苯胺/环氧有机防腐188金博宝。结果标明:沉积在氧化石墨烯片上的聚苯胺纳米纤维能够有用进步氧化石墨烯与环氧树脂的相容性,并改善了其热安稳性、隔绝性和维护功用。

钛酸酯偶联剂能够完成石墨烯在聚氨酯中的涣散。Li等选用钛酸酯偶联剂对石墨烯进行改性,然后将改性的石墨烯均匀涣散在水性聚氨酯中。当含量为0.4%时,石墨烯在聚氨酯中平行于金属基体的外表摆放,能够有用阻挠腐蚀介质的浸透,到达最佳防腐作用。氧化石墨烯外表改性羧基的量能够影响其在丙烯酸树脂中的涣散。Chang等经过氧化石墨烯的热复原制备了不同羧基含量的氧化石墨烯,随后制备了光聚合聚甲基丙烯酸甲酯-石墨烯复合188金博宝,并研讨了羧基对涂层耐蚀性的影响。结果标明:羧基能够有用按捺石墨烯的聚会,确保石墨烯在丙烯酸树脂中的涣散以及对腐蚀介质的有用阻挠,其耐蚀性是纯聚甲基丙烯酸甲酯涂层的27倍。外表引发原子搬运自由基聚合法也可制备聚甲基丙烯酸甲酯-石墨烯复合资料。该办法制备的聚甲基丙烯酸甲酯-石墨烯不只具有在涂层中的隔绝功用,而且赋予了聚甲基丙烯酸甲酯在各种溶剂中的杰出溶解性。因而,其能够与常用的涂覆办法相兼容,构成厚度可控的均匀涂层。电化学试验标明,该涂层能有用地阻挠铜外表电荷搬运,下降腐蚀电流,进步电化学阻抗。

导电高分子资料聚苯胺是一种环境友好资料及有机涂层成膜剂。4-氨基苯甲酸润饰的石墨烯与聚苯胺树脂之间构成的共价键,能够有用促进石墨烯在聚苯胺树脂中的涣散,一般用原位聚合办法制备聚苯胺/4-氨基苯甲酸改性石墨烯复合资料(PANI-G)。与聚苯胺涂层比较,PANI-G的水、氧屏障效应以及金属耐蚀性更佳。石墨烯含量为0.5%的改性有机防腐涂层将水和氧的涣散速率别离下降到纯聚苯胺涂层的22%和24%,一起腐蚀电流下降了2个数量级。石墨烯在聚乙烯醇树脂中的涣散也能够经过聚苯胺来完成。Sun等将原位聚合复原法制备的石墨烯/氧化聚苯胺复合资料增加到聚乙烯醇缩丁醛树脂中,得到了改性复合188金博宝。改性复合涂层的耐蚀性是石墨烯/聚乙烯醇缩丁醛涂层的120倍,140h的涂层电阻进步了1万倍。当运用石墨烯涣散散布的屏障效能时,石墨烯片的尺度对其维护功用有显着影响。理论上,石墨烯片尺度越小,隔绝功用越好。Ramezanzadeh等制备了3种尺度的氧化石墨烯纳米片,它们的尺度巨细别离为0.85mm、8.2mm以及38mm。选用对苯二胺(PPDA)对氧化石墨烯共价官能化后,将其引进到多胺固化环氧涂猜中。尺度小于1μm的PPDA-GO能够显着进步环氧涂层的机械功用和防腐功用。这是由于小尺度的石墨烯氧化物能够构成更多的障碍物,然后阻止腐蚀介质的涣散。尺度的减小使石墨烯氧化物能够与更多的PPDA构成共价键,而且经过PPDA和环氧树脂之间的氢键,增强涂层的机械强度。

防腐蚀涂层的防护才能不只表现在其阻挠腐蚀介质的才能,一起与涂层和基材之间的附着力休戚相关。因而,经过增加石墨烯来增强涂层与维护金属之间的附着力也是进步涂层防腐蚀功用的途径之一。Parhizkar等选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷经过共价键合的办法对氧化石墨烯外表进行改性。经改性氧化石墨烯处理后,铁与环氧树脂之间的附着力显着进步,环氧树脂的阴极剥离率显着下降。

此外,还有其他改性办法有助于改善石墨烯的涣散性及其与树脂的相容性。在调整石墨烯和纳米氧化物外表的荷电状况后,经过静电吸附能够将纳米氧化铝负载到氧化石墨烯的外表。凭借半胱氨酸,能够在石墨烯外表负载硫化钼。选用水热法能够将四氧化三铝负载于石墨烯外表。琥珀酸酐的改功用够增加氧化石墨烯外表羧基的含量,有利于石墨烯的后续接枝改性。经苯二胺或多异氰酸酯改性后,石墨烯与环氧树脂或聚氨酯树脂的相容性得到改善。

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石墨烯的功用集成及其在有机防腐涂猜中的运用

除了石墨烯涣散散布的屏障效应外,石墨烯与其他耐腐蚀资料的功用集成也是一个重要的研讨方向。石墨烯和氧化石墨烯的缓蚀改性是石墨烯功用化和进步防腐蚀功用的一个途径。

Gupta等别离制备了氨基偶氮苯(AAB)和二氨基苯(DAB)官能化的氧化石墨烯复合资料。这2种复合资料(AAB-GO和DAB-GO)都可用作缓蚀剂,其缓蚀功率跟着缓蚀剂浓度的增加而进步。当AAB-GO和DAB-GO的浓度到达25mg/L时,缓蚀功率别离到达94.7%和92.0%。复合资料经过吸附在金属外表来减缓金属的腐蚀,这2种资料都是混合型缓蚀剂,首要根据按捺阴极反响来减缓金属腐蚀。

Nikpour等将荨麻叶提取物吸附于氧化石墨烯外表,并将改性氧化石墨烯运用于环氧防腐涂猜中。在中性氯化物溶液中,缓蚀剂的开释能够显着进步其防腐功用。当改性氧化石墨烯和锌离子一起参加缺点涂层时,改性氧化石墨烯分子和锌离子的螯协作用会构成铁基体外表的维护层,特别是在损害区域。因而,涂层具有了必定程度的自修正作用。

另一种功用集成的办法是对石墨烯进行改性制备能够在金属外表构成化学转化膜的化合物,这类化合物也可作为填料用于有机防腐188金博宝。Taheri等选用聚苯胺纳米纤维和锌离子经过聚苯胺拼装法改性石墨烯。从量子力学视点揣度,锌离子的静电相互作用,以及与聚苯胺的阳离子的相互作用,意味着锌离子倾向于结合到聚苯胺纳米纤维链。此类化合物的优秀阳离子交流才能使得在金属外表构成化学转化膜或吸附维护膜成为可能,并可取得优异的防腐功用。电化学阻抗谱的丈量和拟合提醒了金属外表化学转化膜的构成和存在。经过增加此类化合物能够显着进步环氧涂层的隔绝维护功用弛缓蚀功用。

3

石墨烯导电性的正、负效应

尽管石墨烯在有机防腐涂猜中能够起到改善涂层耐蚀性的作用,但在缺点涂层中,石墨烯的导电性会显着加快金属的电化学腐蚀。因而,怎么削减石墨烯与金属之间的触摸,然后按捺石墨烯在屏蔽涂层中的涂层缺点处的腐蚀加快作用,是取得具有杰出的屏蔽性和耐腐蚀性的石墨烯有机防腐涂层的要害。

一种解决方案是经过封装技能按捺石墨烯的腐蚀加快作用。在该办法中,(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷(APTES)被包裹在氧化石墨烯外表,构成片状rGO/APTES复合资料。该复合资料与聚乙烯醇缩丁醛树脂混合制备的有机防腐188金博宝具有杰出的隔绝功用,一旦涂层被划伤,APTES能够起到隔离层的作用,以防止石墨烯与金属之间发作触摸(如图1所示),然后有用切断了石墨烯与金属之间电化学腐蚀的电子搬运通道,从根本上按捺了石墨烯的腐蚀促进作用。

在含锌涂猜中,石墨烯的导电性是一种优势。在含锌涂层中,锌粉之间以及锌粉和金属基体之间的有用电触摸是阴极维护的先决条件。锌作为献身阳极,对作为阴极的金属基体起到阴极维护作用。因而,在含锌涂猜中,锌粉的质量含量非常大,一般能够到达80%~90%。但是,这会导致涂层的力学功用和附着力的下降。而石墨烯的导电性在确保有用电触摸的前提下能够有用下降锌粉的含量。

Hayatdavoudi等经过简略的机械掺杂将石墨烯增加到富锌涂猜中,发现在富锌涂猜中高度涣散的石墨烯纳米片能够为金属供给愈加温文的环境。此外,石墨烯在锌与钢之间建立了导电途径并发作了阴极维护。Ramezanzadeh等提出了一种改善的办法,在氧化石墨烯外表进行苯胺原位聚合,所制备的聚苯胺改性基团呈纤维状并具有导电性。聚苯胺对富锌188金博宝的物理功用和附着力的晦气影响相对较低,这是由于石墨烯和聚苯胺之间的相互作用是化学键合而非物理吸附。改性氧化石墨烯进步了涂层对腐蚀介质的隔绝才能,增强了锌和铁之间以及锌粒子之间的电子搬运,促进了阴极维护作用。

Ding等制备了石墨烯低锌防腐蚀188金博宝,并从电化学视点研讨了涂层在运用进程中的结构演化。根据电化学特性,将石墨烯低锌涂层的运用进程分为4个阶段。首要为锌颗粒的活化;当锌颗粒的活化到达必定程度时,涂层的阴极维护开端表现;锌粉被耗费后,所发作的锌腐蚀产品使得涂层表现出屏障效应;最终,涂层在腐蚀介质的腐蚀下失效。

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此外,还提出了石墨烯对含锌188金博宝涂层功用的改善机理。石墨烯纳米片在涂层中构成了很多的屏障,显着延伸了腐蚀介质的涣散途径。石墨烯的优异导电性改变了涂层中的锌散布的电化学特性,并将很多孤立的锌颗粒转化为界面锌颗粒,如图2所示。一起,石墨烯改善了锌和铁之间的电子搬运途径,确保了阴极维护作用。


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结语

石墨烯改性有机防腐188金博宝大部分研讨工作首要会集在涣散技能和功用点评上,相关研讨没有构成一个较为完好的系统,在机制和理论上还没有到达一致。在理论上,咱们希望石墨烯在涂层中涣散的层状结构构成迷宫状物理屏障,增加腐蚀介质的涣散途径长度,以到达推迟金属腐蚀速率的意图。石墨烯的涣散性与石墨烯复合涂层的防护功用之间的联络需求从机理层面来说明。石墨烯片在涂层中的取向会影响其隔绝功用,当其平行于维护金属外表时,将最大极限地发挥其隔绝功用。而实际上,石墨烯纳米片在涂猜中的涣散是无序的。现在,石墨烯的取向办法还不完善。石墨烯在涂层中的定向摆放将会是一个有远景且有含义的研讨。 

现在,石墨烯有机防腐涂层在工业运用中的最大困难之一是赋予石墨烯有机防腐涂层主动维护功用。主动维护功用满意长时间维护的需求,并赋予涂层额定的隔绝功用。涂层的主动维护功用一般是经过增加装载有缓蚀剂的纳米容器,例如微胶囊来完成的。这些纳米容器在涂层的机械损害或腐蚀区域中进行智能修正。这种智能修正188金博宝技能有2个关键值得注意。首要,纳米容器与涂层具有杰出的相容性,防止缓蚀剂与涂层直触摸摸,然后引发相容性问题。此外,纳米容器需求具有多孔特征和高负载才能,以确保在涂层中能够参加满意的缓蚀剂。而石墨烯不具有纳米容器所需的这些结构和功用特性。假如在工艺创新和工艺改善后,负载在石墨烯外表的纳米氧化物层增加到亚微米厚度,并具有粗孔隙率和强结合强度的特性,纳米氧化物/石墨烯复合资料有望成为纳米容器,满意负载缓蚀剂的需求。到那时,一起具有优异物理屏障功用和主动防护功用的有机防腐涂层也将成为可能。

作者:张加赢1,2(1.石家庄工作技能学院食物与药品工程系,石家庄050081;2.石家庄琪舰188金博宝科技有限公司,石家庄 050000)


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