有機硅改性石墨烯增強環氧防腐耐磨塗層研究取得進展

雙酚A型環氧樹脂是環氧樹脂中產量最大、使用最廣的一種熱固性樹脂，具有固化收縮率低、成型容易、粘結能力強、力學強度高和耐化學腐蝕性優異的特點，被廣泛用作塗料、粘結劑和複合材料等的樹脂基體。環氧樹脂固化形成的三維孔隙、缺陷等會導致樹脂基體緻密性差、阻隔性能低，抗剪切強度低和摩擦磨損性能差，進一步限制了其在防腐耐磨等領域中的應用。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋功能材料團隊與北京科技大學腐蝕控制系統工程團隊展開合作，在研究員王立平、趙海超及教授李曉剛、張達威的共同指導下，博士生葉育偉等人設計系列實驗克服了石墨烯（氧化石墨烯）在溶劑及基體樹脂中的團聚問題，成功製備出具有優異防腐耐磨性的石墨烯增強型環氧複合塗層。通過插層溶膠-凝膠化反應製備出了有機硅/石墨烯雜化材料。該石墨烯雜化材料可以均勻分散至水性環氧樹脂中，並具有一定的電活性，可在金屬基底表面誘導鈍化膜的形成，協同抑制腐蝕的發生（Carbon,2019, 142, 164-176）。

與此同時，研究人員採用化學改性法將多面體低聚倍半氧硅烷（POSS）接枝在氧化石墨烯（GO）表面，製備出了超疏水的POSS-GO納米片，並實現了其在諸多有機溶劑（如無水乙醇、四氫呋喃、二甲苯等）中優異且穩定的分散。研究人員將所製備的POSS-GO添加至環氧樹脂中，探究其在模擬海水中的腐蝕防護行為及摩擦學行為。研究發現，環氧塗層在經過POSS-GO強化後，硬度、結合強度、韌性均得到不同程度的提高；在模擬海水中浸泡150天後，添加了0.5wt%POSS-GO的環氧複合塗層表現出最高的阻抗模量及最低的吸水率；同時，0.5wt%POSS-GO增強型環氧複合塗層在模擬海水中表現出最低的摩擦係數及磨損率。相關研究成果於2018年11月發表在腐蝕專業期刊Corrosion Science(https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.10.034)上。

圖1 （a）原始石墨烯在基體樹脂中的TEM圖及（b）整體分布，（c）改性石墨烯在基體樹脂中的TEM圖及（d）整體分布，（e）各塗層的氧氣滲透率，（f）各塗層的吸水率

圖2 （a-b）純環氧塗層，（c-d）含0.5wt%氧化石墨烯的環氧複合塗層，（e-f）含0.5wt%有機硅改性石墨烯的環氧複合塗層，（g-h）含1wt%有機硅改性石墨烯的環氧複合塗層

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

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