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石墨烯和氧化石墨烯对有机树脂复合涂层性能的影响

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 有机涂层概述

1.2.1 金属腐蚀原理

1.2.2 有机涂层防护原理

1.2.3 有机涂层失效过程

1.3 有机涂层改性研究

1.3.1 化学改性

1.3.2 纳米粒子改性

1.4 石墨烯和氧化石墨烯复合涂层

1.4.1 石墨烯复合涂层

1.4.2 氧化石墨烯复合涂层

1.5 主要内容和意义

第2章 实验材料和涂层性能测试

2.1 实验材料及试剂

2.2 主要仪器设备

2.3 性能测试与表征

2.3.1 红外光谱测试

2.3.2 场发射扫描电子显微镜测试

2.3.3 静接触角测试

2.3.4 结合强度测试

2.3.5 显微硬度测试

2.3.6 中性盐雾试验

2.3.7 电化学阻抗测试

2.4 石墨烯和氧化石墨烯表征分析

2.4.1 石墨烯和氧化石墨烯红外光谱分析

2.4.2 石墨烯和氧化石墨烯发射扫描电镜测试

2.5 本章小结

第3章 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层的制备及性能研究

3.1 前言

3.2 涂层制备

3.2.1 石墨烯氟碳树脂复合涂层的制备

3.2.2 氧化石墨烯氟碳树脂复合涂层的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层静接触角分析

3.3.2 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层结合强度分析

3.3.3 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层显微硬度分析

3.3.4 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层中性盐雾试验分析

3.3.5 石墨烯和氧化石墨烯/氟碳涂层电化学阻抗谱分析

3.4 本章小结

第4章 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层的制备及性能研究

4.1 前言

4.2 涂层制备

4.2.1 石墨烯环氧树脂复合涂层的制备

4.2.2 氧化石墨烯环氧树脂复合涂层的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层静接触角分析

4.3.2 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层结合强度分析

4.3.3 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层显微硬度分析

4.3.4 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层中性盐雾试验分析

4.3.5 石墨烯和氧化石墨烯/环氧涂层电化学阻抗谱分析

4.4 本章小结

第5章 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层的制备及性能研究

5.1 前言

5.2 涂层制备

5.2.1 石墨烯水性聚氨酯复合涂层的制备

5.2.2 氧化石墨烯水性聚氨酯复合涂层的制备

5.3 结果与讨论

5.3.1 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层静接触角分析

5.3.2 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层结合强度分析

5.3.3 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层显微硬度分析

5.3.4 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层中性盐雾试验

5.3.5 石墨烯和氧化石墨烯/水性聚氨酯涂层电化学阻抗谱

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位论文期间发表的论文

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摘要

海洋环境中,金属的腐蚀对其中运行的船舶、海洋平台等设备具有极大的威胁,有机涂层防护是最简单也是最经济的防腐蚀技术。然而,普通有机涂层均具有各自的缺陷,这些缺陷限制了涂料的应用范围。因此需要对其进行改性以提高涂层的性能。石墨烯和氧化石墨烯具有诸多优异的性能,如比表面积极高、表面吸附力强、表面能大等,与树脂混合后有利于提高树脂的综合性能。 本文以氟碳树脂、环氧树脂和水性聚氨酯为树脂基体,以石墨烯和氧化石墨烯为填料,采用旋涂的方式,在低碳钢表面制备了一系列不同填料含量的复合涂层。采用红外光谱和场发射扫描电子显微镜对石墨烯和氧化石墨烯形貌进行了表征分析;采用静接触角测试仪、拉拔法测试仪和显微硬度测试仪对复合涂层的疏水性、结合强度及显微硬度进行了研究;通过盐雾试验和电化学阻抗谱对复合涂层的耐蚀性能进行了研究。实验发现,石墨烯和氧化石墨烯表面含有羟基、羧基、羰基和环氧基等基团,扫描电镜发现两者均以复杂的褶皱形态存在。通过对复合涂层的物理性能和防腐蚀性能的研究发现,石墨烯能在一定程度上提高涂层的接触角,而氧化石墨烯则会降低涂层接触角,两者均对涂层的结合强度和显微硬度有显著的提升作用。石墨烯对三种涂层结合强度分别提高了44.3%、80.1%和73.5%,氧化石墨烯复合涂层的结合强度则分别提高了57.8%、67.5%和171.2%;由于氟碳涂层本身显微硬度相对较高,因此G和GO的加入,复合涂层的显微硬度分别增大了22.3%和7.4%,而对环氧涂层和水性聚氨酯增强作用明显,显微硬度均提高了提高了40%以上。由盐雾试验和电化学阻抗谱实验研究发现,当G和GO含量较低时,能提高涂层的防腐蚀性能,且对于不同体系树脂,G和GO的最佳含量不一致,对于氟碳涂层和环氧涂层,G和GO的最佳含量均为0.05wt%,这可能是和低含量的G不足以提供良好的物理屏蔽作用,高含量下易发生团聚而增加涂层缺陷有关;而对于水性聚氨酯复合涂层,G的最佳含量为0.15wt%,GO最佳含量为0.01wt%,这可能是由于GO较高的活性,能与活性基团丰富的WPU更好的发生键合作用,提高涂层的防护性能。

著录项

  • 作者

    戴亮;

  • 作者单位

    武汉理工大学;

  • 授予单位 武汉理工大学;
  • 学科 材料科学与工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 朱兴元,林志峰;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TQ4;TQ3;
  • 关键词

    氧化石墨; 有机树脂; 复合; 涂层性能;

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