钢铁腐蚀会导致重大的经济损失、环境负担和安全隐患,在工业化国家,估计每年的腐蚀成本约占国内生产总值(GDP)的3.34%。因此,研发防止或减缓钢结构腐蚀的防腐技术,不仅是国家科技发展的重点方向,也是减少经济损失、促进资源合理利用的紧迫任务。在各种防腐技术中,防腐涂层是最经济、最常见的方法之一。传统的溶剂型涂料在生产、施工、干燥和固化过程中会产生大量的挥发性有机化合物(VOCs)。随着环境问题日益突出,许多国家都制定了环境法规,严格控制VOC的排放。因此,水性涂料作为一种环保型涂料,因其极低或无VOCs含量,已成为涂料行业的研究热点。
水性涂料在应用中也存在一些缺点。由于水的表面张力大,涂层在固化过程中容易产生孔隙,成为腐蚀介质渗透的通道。此外,由于涂层与基材之间的粘附强度较低,涂层在使用过程中会脱落。因此,通常加入低维材料来弥补这一缺点,由于低维材料尺寸小,官能团丰富,可以填充孔隙,增强树脂与金属基材之间的附着力。氧化石墨烯(GO)因其理想的二维紧密结构、高比表面积、化学稳定性以及对腐蚀性介质的优异阻隔性能而备受关注。大量研究表明,使用GO的复合涂层能有效提高其耐腐蚀性。但过量的GO(如在WEP中添加0.4wt%)会发生堆积和聚集现象,从而降低了涂层的防腐性能。许多研究都集中在GO的功能改性上,以提高其在水性涂料中的分散性能。然而,很少有研究关注GO填料的结构和形态。GO粒径对复合环氧涂层防腐性能的影响规律和机理值得进一步深入研究。
通过电化学剥离法合成不同粒径和氧化程度的氧化石墨烯(GO),然后将GO与环氧树脂混合,制得水性环氧复合涂层(GO-x/WEP)。 该复合涂层的防腐性能得到了显著提高,其中GO-3/WE涂层的腐蚀速率最高可达2.92×10−7mm/年,粘附强度最大可达4.4MPa。在3.5wt%NaCl溶液中浸泡2天后,GO-3/WEP的低频(0.01Hz)阻抗模量从1.68×107Ω·cm2增加到6.87×108Ω·cm2。研究表明,减小氧化石墨烯片材的粒径,提高GO片材的氧化程度,可以有效提高涂层的防腐性能。因此,本研究对进一步提高氧化石墨烯改性水性环氧树脂的防腐性能具有重要的理论价值,对水性防腐涂料的发展具有重要意义。
复合涂层制备工艺 含氧化石墨烯的水性环氧复合涂层的制备工艺。
数据来源与出处 相关研究成果以“Enhanced anticorrosion of waterborne epoxy coatings by electrochemical exfoliated graphene oxide”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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