石墨烯/Fe3O4复合材料的制备及其在水性金属防腐涂料中的应用研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ryanshel
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水性金属防腐涂料,以水作为分散介质,绿色环保,符合国家可持续发展战略。但是,在固化过程中容易形成孔洞、耐水性差及对水、氧气等腐蚀介质的阻隔屏蔽性差等问题严重制约其发展。石墨烯由于其优异的力学、电学、化学稳定性以及阻隔性能,适用于金属防腐涂料领域,可用作功能性填料加入到涂料中增加其防腐性能。但是,由于其表面存在缺陷以及在水性涂料当中的分散问题,单纯的将石墨烯加入到水性金属防腐涂料当中并不能很好的为金属提供保护。而将Fe3O4掺杂到石墨烯中,既可以填补石墨烯表面的缺陷,减少其堆积问题,还可以提高其在水性防腐涂料当中的分散性。因此,本论文提出制备四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子、并在氧化石墨烯还原制备石墨烯的过程当中,加入四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子进行掺杂,制备出石墨烯/四氧化三铁(rGO/Fe3O4)复合材料,然后将其与水性漆进行混合得到改性的水性漆,并对其防腐性能进行研究。本论文主要开展了以下研究工作:(1)采用单因素法探讨了乙酰丙酮铁Fe(acac)3和聚乙烯吡咯烷酮PVP的投料比、搅拌时间、反应时间和反应温度四个因素对溶剂热法制备的Fe3O4纳米粒子的形貌和粒径的影响。发现在Fe(acac)3/PVP投料比为1:2、搅拌时间为5 h、反应时间为28 h、反应温度为180℃条件下能够得到形貌较好、粒径分布较窄、尺寸大小在70 nm左右的球形多孔Fe3O4纳米粒子。采用FeCl3作为铁盐制备出的Fe3O4粒子的粒径为200 nm,也表现出了良好的分散性,在较大范围内无团聚现象,且具有更好的结晶度,产率也较高。(2)通过对制备的GO和rGO进行对比分析,发现rGO中基本无含氧官能团存在,热稳定较GO提高很多。但是,rGO表面存在多孔结构,有缺馅存在,而且片层堆积较为严重。当引入质量不等的Fe3O4纳米粒子后,制备的复合材料的堆叠现象有不同程度的减弱,表面缺陷得到了一定的填充,其热稳定性也较rGO都有所提高。(3)将制备的rGO/Fe3O4复合材料作为填料添加到水性漆当中,获得改性水性漆。通过对同一添加量不同添加组分及同一组分不同添加量改性水性漆的涂层试样的宏观照片、微观照片、基本力学、接触角变化、耐酸碱盐性能、电化学阻抗、Tafel极化曲线等进行测试与分析后,发现加入rGO/Fe3O4复合材料可以提高水性漆的防腐性能,并且确定了可以最大限度提高水性漆防腐性能的rGO与Fe3O4的最佳配比为4:1,最佳添加量为1%。此外,基于对rGO/Fe3O4复合材料与水性漆进行混合制得的改性水性漆的防腐性能的研究结果,提出了rGO/Fe3O4复合材料用于防腐蚀的可能机理。
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