Forschungsfortschritt von Graphen / Epoxidharz-Verbundbeschichtungen (2)

2.Probleme, die existieren

Da Graphen eine große spezifische Oberfläche (einen theoretischen Wert von etwa 2630 m² / g) und eine hohe Oberflächenenergie aufweist, treten Agglomerate und Knäuel auf, wenn die Menge an Graphen groß ist, was zu einer schlechten Dispersion und Stabilität in der Matrix führt. . Für die thermischen und elektrischen Eigenschaften kann, wenn eine kleine Menge Graphen hinzugefügt wird, die Perkolationsschwelle erreicht werden, und der Graphengehalt wird weiter erhöht, und die Größe der weiteren Verbesserung der Wärmebeständigkeit und elektrischen Leitfähigkeit wird kleiner. Jedoch für mechanische und mechanische Eigenschaften, Anti-Korrosions-Eigenschaften, obwohl eine kleine Menge von Graphen kann die Leistung verbessern, aufgrund seiner Agglomeration in der Epoxy-Beschichtung in einer bestimmten Menge, wird es Risse, Spannungskonzentrationen und Defekte in der Beschichtung verursachen. Verursacht einen Leistungsabfall.

Wu Fang hat den Reibungskoeffizienten in der Trockenreibung und in der Seewasserreibung verschiedener G / EP-Beschichtungen mit einem Reibungskoeffizientenmeter gemessen und herausgefunden, dass, wenn G 1% (Massenanteil) ist, der Reibungskoeffizient und die Verschleißrate der Beschichtung zunehmen. Und wies darauf hin, dass dies aufgrund der G-Gehalt zu hoch ist, wird es in der Beschichtung durch die Agglomeration von Rissen auftreten, was dazu führt, dass die Beschichtung im Reibungsvorgang leicht abziehbar ist, die resultierenden Verschleißpartikel erhöht den Reibungskoeffizienten der Beschichtung und Verschleißrate.

Zhiet al. verwendeten die Ultraschalldispersionstechnologie zur Herstellung einer G / EP-Verbundbeschichtung und führten nach dem Aushärten der Beschichtung einen Dreipunktbiegetest durch und beobachteten dann die Bruchoberfläche der Beschichtung unter Verwendung eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (FE-ESM). Es wurde gefunden, dass, wenn der Gehalt an Graphen 1% (Massenanteil) beträgt, die Dispersion in der Beschichtung relativ gleichmäßig ist, und wenn der Gehalt weniger als 1% beträgt, nimmt die Zähigkeit der Beschichtung signifikant zu. Wenn der Gehalt jedoch 2% erreicht, wird eine Agglomeration in der Beschichtung auftreten, die bewirkt, dass Defekte Spannungskonzentrationspunkte bilden, was zu einer Abnahme der Zähigkeit der Beschichtung führt.

Liuet al. wendete G als Korrosionsinhibitor für das Epoxyharz E44-System an, um eine G / EP-Verbundbeschichtung herzustellen, und maß die potentiodynamische Polarisationskurve, nachdem sie 48 Stunden in 3,5% ige NaCl-Lösung gegeben worden war.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Selbstkorrosionspotential von 0,5% (Massenanteil) G / E44 und 1% (Massenanteil) G / E44-Beschichtung signifikant niedriger ist als der von E44-Beschichtung und die Korrosionsstromdichte von 0,5% G / E44 (0,0551 μA / cm2)) ist viel niedriger als 1% G / E44 (0,934 μA / cm2) und E44 (0,121 μA / cm2) Beschichtungen, was darauf hinweist, dass die Zugabe von Graphen die wasserabweisende Wirkung von Epoxy-Beschichtungen verbessert und die Eindringen von korrosiven Medien. . Die Zugabe von überschüssigem Graphen wird jedoch auf der Oberfläche der Beschichtung agglomerieren und die wasserabweisenden Eigenschaften der Beschichtung verringern.

3. Forschungsfortschritt funktionalisierter Graphen / Epoxy-Beschichtungen

3.1 Funktionalisiertes Graphen

Aufgrund der Hydrophobizität und chemischen Inertheit der großen π-gebundenen Struktur auf der Oberfläche von intrinsischem Graphen ist es leicht, in der Epoxybeschichtung zu stapeln und zu aggregieren, und es ist schwierig für das Graphen, seine Leistung in der Epoxymatrix vollständig auszuüben. Um dieses Problem zu lösen, bilden in- und ausländische Wissenschaftler eine neue Art von funktionalisiertem Graphen, indem sie andere Komponenten und Strukturen auf der Basis von Graphen hinzufügen. Obwohl dieses Graphen seine grundlegenden Eigenschaften beibehält, wird es auch eine neue Eigenschaft verleihen und kann auch dazu dienen, Graphen zu optimieren, basierend auf dem Bedarf an Beschichtungseigenschaften.

Je nach chemischer Struktur wird die Funktionalisierung von Graphen in kovalente Bindung und nicht-kovalente Bindung unterteilt. Kovalente Bindung zerstört die π-gebundene Struktur auf der Oberfläche von Graphen und macht ihre Oberfläche aktiv. Die Zerstörung dieser stabilen Struktur führt jedoch zu einer Abnahme der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von funktionalisiertem Graphen im Vergleich zu intrinsischem Graphen. Nicht-kovalente Bindung bezieht sich auf die Verwendung der Eigenschaft der supergroßen spezifischen Oberfläche von Graphen, die mit anderen Partikeln mit hervorragenden Eigenschaften durch Oberflächenadsorption verbunden ist. Obwohl diese Methode die Grundstruktur des Graphens nicht zerstört und die inhärenten Leistungsmerkmale des Graphens beibehält, ist der Dispersionseffekt der kovalenten Bindung etwas unterlegen. Im Allgemeinen ist es notwendig, einen Stabilisator oder eine Ultraschalldispersion hinzuzufügen.

Obwohl sich die Erforschung von funktionalisiertem Graphen noch in der Anfangsphase befindet, gibt es nur wenige Studien zu deren Anwendung in Epoxidharz-Korrosionsschutzbeschichtungen. Einige Wissenschaftler haben jedoch die Oberfläche von Graphen durch bestimmte funktionelle Gruppen modifiziert und Epoxidharz hinzugefügt, und bewiesen, dass funktionalisiertes Graphen dem reinen Graphen überlegen ist.

3.2 Anwendung von funktionalisiertem Graphen in Epoxidbeschichtungen

Ghalebet al. analysierten die Glasübergangstemperatur Tg von G / EP-Beschichtungen und ch-G / EP-Beschichtungen (Chloroform-funktionalisiertes Graphen / Epoxidharz) durch Differentialkalorimetrie. Es wurde festgestellt, dass G / EP nur Graphen aufweist. Die Tg bei einem Volumengehalt von 0,1% ist höher als die von reinem EP, während alle Proben in ch-G / EP höher sind als die Tg von reinem EP. Dies liegt daran, dass reines Graphen Agglomerate in der Beschichtung bildet, wenn es zu einer bestimmten Menge hinzugefügt wird, was die Beschichtungsleistung beeinflusst, und mit Chloroform funktionalisiertes Graphen kann in der Beschichtung gut dispergiert sein.

Die chemische Reduktion von Au3 + durch Martin-GALLEGO et al. modifizierten die Oberfläche von Graphen funktionell mit Goldnanoteilchen, die durch Autodeposition auf der Oberfläche der Goldpartikel erzeugt wurden, und dispergierte das Au / G in der lichthärtenden Epoxybeschichtung durch Ultraschalldispersion. Es wurde gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit von Au-G / EP um etwa 4 Größenordnungen höher ist als die von G / EP bei der gleichen Zugabemenge. Chen Yu verwendete ein hydrothermales Verfahren unter Verwendung von Resolphenolharz und Graphenoxid als Rohmaterialien, präparierte mit Phenolharz modifiziertes Graphen-Aerogel (p-GA) und verwendete es als einen leitfähigen Füllstoff, um ein Verbundmaterial mit EP zu bilden. Die Studie fand heraus, dass aufgrund der Zugabe von Resol-Phenolharz, um die dreidimensionale Netzwerkstruktur von p-GA perfekter zu machen, eine kleine Menge von p-GA eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und elektromagnetische Abschirmleistung erhalten kann. Wenn der Füllstoffgehalt 0,33% (Massenanteil) beträgt, beträgt die elektrische Leitfähigkeit 73 S / m und die elektromagnetische Abschirmungsleistung erreicht 35 dB.

Qi et al. auf die Oberfläche von Graphenoxid gepfropftes Silan, um Silan-funktionalisiertes Graphen (g-GO) zu erhalten, und es mit einem Flüssigkristallepoxid (LCE) als einen gemischten Füllstoff zu der Epoxidmatrix gegeben, um eine Epoxyharzverbundbeschichtung herzustellen. . Die Studie zeigt, dass, wenn der gemischte Füllstoff 3% [2% (Massenanteil) g-GO und 1% LCE] ist, verglichen mit der reinen Epoxybeschichtung die Schlagfestigkeit der Verbundbeschichtung um 132,6% und die Zugfestigkeit zunimmt Die Biegefestigkeit stieg um 27,6% bzw. 37,5%. Die Leistung von nicht funktionalisiertem Graphen wurde weiter verbessert.

Ramezanzadehet al. modifiziertes Graphenoxid durch Gel-basiertes Silan, vorbereitete Silan-funktionalisierte Graphenoxid / Epoxidharz-Beschichtung, und Untersuchung von Silan-funktionalisiertem Graphenoxid durch elektrochemische Impedanzspektroskopie, Salzsprühverfahren und kathodischen Diskonditionierungstest. Auswirkung auf die Farbleistung Die Ergebnisse zeigten, dass das silanmodifizierte Graphenoxid gleichförmig in der Epoxidmatrix dispergiert war und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung effektiv verbessert wurde und die kathodische Enthaftung reduziert wurde.

Obwohl die Untersuchung von funktionalisierten Graphenepoxidharzbeschichtungen unterschiedliche Grade des Fortschritts erreicht hat, weil die Reaktionsbedingungen nicht leicht zu steuern sind, ist das Formulierungsdesign von Verbundbeschichtungen unbequem und es ist nicht für eine Produktion in großem Maßstab geeignet. Es ist weiterhin notwendig, weitere einfache und effiziente Vorbereitungswege zu suchen.

4. Ausblick

Mit der Entwicklung der modernen Wissenschaft und Technologie fordern die Menschen zunehmend die Leistungsfähigkeit von Verbundbeschichtungen auf Epoxidbasis. Aufgrund der Tatsache, dass die Technologie zur Herstellung von Graphen / Epoxidharz-Kompositbeschichtungen noch nicht ausgereift ist, muss sie in den folgenden Bereichen entwickelt werden. die Studium.

(1) Es ist nicht darauf beschränkt, die Gesamtleistung von Graphen / Epoxy-Beschichtungen zu berücksichtigen. Gezielte funktionale Modifikationen von Graphen sollten für spezifische Umgebungen angestrebt werden oder es sollten gezielte hocheffiziente Dispersionsmittel verwendet werden, um eine bestimmte Eigenschaft der Beschichtung zu verbessern.

(2) Der Gehalt und die Art der sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen in Graphen sind die Grundlage für die Auswahl geeigneter modifizierter Moleküle und Modifikationsverfahren. Die Makropräparation von funktionalisiertem Graphen mit kontrollierbaren Strukturen und Eigenschaften sollte im Mittelpunkt zukünftiger Forschung stehen.

(3) Mit der Verbesserung der Umweltschutzanforderungen beschleunigt sich der Prozess der wasserbasierten Korrosionsschutzbeschichtungen. Graphene-Epoxidharzbeschichtungen auf Wasserbasis haben große Aussichten. Das zu lösende Problem ist die Dispersion von Graphen in wässrigen Epoxidharzen und die Gewährleistung einer guten Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit der Beschichtungen.

(4) Leistungstests und die Anwendung von funktionalisierten Graphen- und Epoxidharz-Kompositbeschichtungen müssen weiter untersucht werden. Als eine interdisziplinäre, Graphen-basierte Composite-Beschichtung sind in vielen Bereichen beteiligt, wie z. B. Flammschutz und Beständigkeit von Graphen-basierte Epoxy-Beschichtungen. Kontinuität usw. muss von Wissenschaftlern weiter untersucht und erforscht werden.

(5) Einführung der quantitativen Kontrolle und Leistungscharakterisierung von funktionalisierten funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Graphen, sowie genaue Auswahl von funktionalisierten Stellen auf der Graphenoberfläche und Design von Graphen / Epoxidharz zur Verfeinerung von chemischen Strukturen für verschiedene Anwendungen von Farben müssen weiter studiert werden.