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功能化氧化石墨烯在粉末涂料中的分散性及防腐性能的應用研究(Ⅰ)
2019年09月06日    閱讀量:21180    新聞來源:卜慶朋 江蘇華光,涂料工業  |  投稿

摘要:表面經γ-(2,3-環氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷(KH560)修飾的氧化石墨烯(GO)與沒食子酸基環氧樹脂(GEP)混合形成功能化氧化石墨烯(FGO),可有效提高GO的分散性,進而使其均勻的分散在粉末涂料中,通過靜電噴涂法成功制備了防腐涂層。采用SEM、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、鹽霧測試、耐沖擊測試、接觸角測試、耐老化測試等對GO及涂層性能進行表征和測試。考察了KH560用量在THF及粉末涂料中分散性的影響;同時也考察了KH-560修飾GO用量對涂層性能的影響涂料在線coatingol.com結果表明:以KH560功能化GO制備的涂層具有優異的防腐性能和機械性能。


前 言


金屬在國民生活中有廣泛的應用,但其面臨著腐蝕的難題,據相關報道,每年因腐蝕對國民經濟帶來相當嚴重的損失,且對環境也造成一定的危害。涂料是卓有成效的防護手段和最具廣泛應用基礎的防腐技術手段之一。環氧樹脂和聚酯樹脂時常用的涂料樹脂之一,具有優異的性能,被廣泛應用于防腐涂料中。

GO具有穩定的結構,優異的韌性、硬度和卓越的可飾性,在各個領域都有巨大的應用前景。但GO兼具親疏水性,使其在運用上存在一定的障礙。若運用在粉末涂料中,無法與粉末混合,降低涂料的穩定性,進而對涂層造成缺陷,降低了涂層的防腐性能,大大降低了GO應用可行性。因此對GO改性,提高在其在粉末涂料中的分散性,對GO防腐粉末涂料至關重要。周楠等將GEP作為石墨烯分散劑,成功提高了石墨烯在有機溶劑里的分散性,且GEP可參與反應,進一步提高了涂層的穩定性。Parhizkar等用三氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)修飾GO,APTES修飾GO不僅有共價鍵作用(氨基與GO)同時也存在硅醇基與羥基和羧基發生縮聚反應,提高了GO在環氧樹脂中的分散性,同時也提高了防腐性能。Zheng等通過高分子縮聚反應將脲醛嫁接在GO片層上,提高了其在環氧樹脂中的分散性及防腐蝕性能。Ramezanzadeh等通過共價鍵將對苯二胺成功修飾了GO,且得到混溶性良好的環氧樹脂防腐涂料,在防腐性能上得到很大的提升。

本文將不僅將GO只作為特殊功能的填料,而且將FGO作為反應對象研究。該KH560修飾和GEP相結合有效抑制了石墨烯的二次推疊,而后制得粉體FGO,將FGO加至粉末涂料中,從而得到具有優異分散性和防腐性能的石墨烯防腐粉末涂料。


FGO的制備

將5g GO(GO經超聲剝離6h形成少層GO),500g THF高速分散10min后,置于超聲設備中,KH560(1w%、2w%、3w%、4w%、5w%,相對于GO的質量)用量,0.5g醋酸加入四口燒瓶中,40℃水浴反應8h,加入15g GEP(GEP的制備詳見引用文獻1),攪拌均勻后,采用低溫冷卻干燥,得粉末狀FGO。

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圖1 KH-560修飾石墨烯示意圖


FGO防腐粉末涂料及涂層的制備

表1為粉末涂料的基礎配方,上述制備的FGO粉末直接加至粉末涂料中攪拌均勻,過篩(200目)即得FGO防腐粉末涂料。

采用靜電噴涂法,將粉末噴涂于磷化后的馬口鐵上,在200℃下,固化10min,即得FGO防腐粉末涂層,漆膜厚度約為70~80μm。

表1 FGO防腐粉末涂料的基礎配方

原料

wt./%

配方a

配方b

配方c

配方d

配方e

環氧樹脂E-12

55.0

55.0

55.0

55.0

55.0

雙氰胺

2.8

2.8

2.8

2.8

2.8

FGO粉末

0

2.5

5

7.5

10

鈦白粉

2.0

4.0

4.0

4.0

4.0

硫酸鋇

37.8

35.3

32.8

30.3

27.8

助劑

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4


KH-560用量對GO分散性的影響

KH-560GO進行修飾,考察KH-560用量對GO分散性的影響,結果見圖2

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A0B1.0 wt. %C2.0 wt. %D3.0 wt. %E4.0 wt. %

2 不同KH-560用量修飾GOSEM


由圖2可見,當KH560用量為0時,GO堆積量少,分散性較好,當用量為4.0 wt.%時,堆積量最大。即隨著用量的增加,GO堆積量呈增加的趨勢,分散性降低。當KH560用量較少時,水解后只包覆在GO表面,KH560之間未發生反應,降低了GO的π-π相互作用,從而提高了分散性。當KH560用量較多時,不僅與GO發生縮聚反應,同時發生自縮聚反應,從而使GO發生堆疊團聚現象。


FG的制備及表征

通過紅外光譜分析GO、KH560-GO和固化完成后涂層的結構變化,結果如圖3所示。

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a—GO;b —KH560—GO;c 固化完成后涂層

圖3. GO、—KH560-GO和固化完成后涂層的紅外光譜


圖3中曲線a在3430 cm-1,1740 cm-1和1025 cm-1的吸收峰分別對應的是—OH,C=O和C—O—C的特征峰,在1640 cm-1和1410 cm-1的吸收峰對應的是—(C=O) —和—COO—的特征峰。曲線b在1035 cm-1的吸收峰為Si-O-C的特征峰,表明GO已被KH560修飾,與曲線a對比,在1740 cm-1和1410 cm-1的特征峰消失或者變弱,表明GO已被KH560修飾;在810 cm-1和1130 cm-1的吸收峰為Si-O-Si的特征峰,表明KH560水解后分子之間反生反應;在915 cm-1的吸收峰為環氧基的特征峰,表明了KH560的存在。曲線c在1210 cm-1吸收峰是C-N的特征峰,在1540~1570 cm-1之間未發現N-H的吸收特征峰,且在915 cm-1處未發現環氧基的吸收特征峰,表明雙氰胺與環氧基完全反應。


來源:卜慶朋 江蘇華光,涂料工業

標簽:工業涂料原材料石墨烯技術中心粉末涂料防腐涂料
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