Onderzoeksvoortgang van grafeen / epoxyhars composietcoatings (2)

2. Problemen die bestaan

Aangezien grafeen een groot specifiek oppervlak (een theoretische waarde van ongeveer 2630 m2 / g) en een hoge oppervlakte-energie heeft, treden agglomeraten en klitten op als de hoeveelheid grafeen groot is, wat resulteert in slechte dispersie en stabiliteit in de matrix. . Voor de thermische en elektrische eigenschappen, wanneer een kleine hoeveelheid grafeen wordt toegevoegd, kan de percolatiedrempel worden bereikt, en het grafeengehalte wordt verder verhoogd, en de omvang van de verdere verbetering in warmteweerstand en elektrisch geleidingsvermogen wordt kleiner. Voor mechanische en mechanische eigenschappen, anti-corrosie-eigenschappen, hoewel een kleine hoeveelheid grafeen de prestaties kan verbeteren, vanwege zijn agglomeratie in de epoxycoating op een bepaalde hoeveelheid, zal het scheuren, spanningsconcentratiepunten en defecten in de coating veroorzaken. Veroorzaakt een daling van de prestaties.

Wu Fang mat de wrijvingscoëfficiënt in de droge wrijving en zeewaterwrijving van verschillende G / EP-coatings met een wrijvingscoëfficiëntmeter en ontdekte dat wanneer G 1% (massafractie) is, de wrijvingscoëfficiënt en de slijtsnelheid van de coating zullen toenemen. En wees erop dat dit te wijten is aan het G-gehalte te hoog is, het zal optreden in de coating veroorzaakt door de agglomeratie van scheuren, resulterend in het gemakkelijk afschilferen van de coating in het wrijvingsproces, het resulterende slijtagedeel verhoogt de wrijvingscoëfficiënt van de coating en slijtagesnelheid.

Zhi et al. gebruikte ultrasone dispersietechnologie om een G / EP-composietcoating te bereiden, en voerde een driepuntsbuigingsproef uit nadat de coating was uitgehard en observeerde vervolgens het breukoppervlak van de coating met behulp van een veldemissie-scanningelektronenmicroscoop (FE-ESM). Er werd gevonden dat wanneer het gehalte aan grafeen 1% (massafractie) is, de dispersie in de coating relatief uniform is, en wanneer het gehalte minder dan 1% is, neemt de taaiheid van de coating aanzienlijk toe. Wanneer het gehalte echter 2% bereikt, zal agglomeratie optreden in de coating, waardoor defecten stressconcentratiepunten zullen vormen, resulterend in een afname van de taaiheid van de coating.

Liu et al. G toegepast als een corrosieremmer van het epoxyhars-E44-systeem om een G / EP-composietcoating te bereiden en de potentiodynamische polarisatiecurve gemeten na 48 uur in een oplossing van 3,5% NaCl te hebben geplaatst.

De resultaten tonen aan dat het zelfcorrosiepotentieel van 0,5% (massafractie) G / E44 en 1% (massafractie) G / E44-coating aanzienlijk lager is dan die van E44-coating en de corrosiestroomdichtheid van 0,5% G / E44 (0,0551 μA / cm2)) is veel lager dan 1% G / E44 (0,934 μA / cm2) en E44 (0,121 μA / cm2) coatings, wat aangeeft dat de toevoeging van grafeen de waterafstotende werking van epoxy coatings verbetert en de penetratie van corrosieve media. . Het toevoegen van overtollig grafeen zal echter agglomeratie op het oppervlak van de coating veroorzaken en de waterafstotende eigenschappen van de coating verminderen.

3. Onderzoeksvooruitgang van gefunctionaliseerde grafeen / epoxy-coatings

3.1 Gefunctionaliseerd grafeen

Vanwege de hydrofobiciteit en chemische inertheid van de grote n-gebonden structuur op het oppervlak van intrinsiek grafeen is het gemakkelijk te stapelen en te aggregeren in de epoxycoating en is het voor het grafeen moeilijk om zijn prestaties in de epoxymatrix volledig uit te oefenen. Om dit probleem op te lossen, vormen binnen- en buitenlandse wetenschappers een nieuw type gefunctionaliseerd grafeen door andere componenten en structuren toe te voegen op basis van grafeen. Dit grafeen, met behoud van zijn basiseigenschappen, zal ook een nieuwe eigenschap verlenen en kan ook worden gericht om grafeen te optimaliseren op basis van de behoefte aan coatingeigenschappen.

Volgens de chemische structuur is de functionalisering van grafeen verdeeld in covalente binding en niet-covalente binding. Covalente binding vernietigt de n-gebonden structuur op het oppervlak van grafeen, waardoor het oppervlak actief wordt. De vernietiging van deze stabiele structuur zal echter leiden tot een afname van de elektrische en thermische geleidbaarheid van gefunctionaliseerd grafeen dan intrinsiek grafeen. Niet-covalente binding verwijst naar het gebruik van het kenmerk van een super groot specifiek oppervlak van grafeen, dat wordt gecompoundeerd met andere deeltjes met uitstekende eigenschappen door adsorptie aan het oppervlak. Hoewel deze methode de basisstructuur van het grafeen niet vernietigt en de inherente prestatiekarakteristieken van het grafeen behoudt, is het dispersie-effect enigszins inferieur aan de covalente binding. Over het algemeen is het noodzakelijk om een stabilisator of ultrasone dispersie toe te voegen.

Hoewel het onderzoek naar gefunctionaliseerde grafeen nog in de voorbereidende fase verkeert, zijn er weinig studies over de toepassing ervan in anti-corrosie deklagen van epoxyhars. Sommige wetenschappers hebben het oppervlak van grafeen echter aangepast door bepaalde functionele groepen en epoxyhars toe te voegen en hebben aangetoond dat gefunctionaliseerd grafeen superieur is aan zuiver grafeen.

3.2 Toepassing van gefunctionaliseerd grafeen in Epoxy Coatings

Ghaleb et al. analyseerde de glasovergangstemperatuur Tg van G / EP-bekledingen en ch-G / EP (chloroform-gefunctionaliseerde grafeen / epoxyhars) bekledingen met differentiële scanningcalorimetrie. Het bleek dat G / EP alleen grafeen heeft. De Tg met een volume-gehalte van 0,1% is hoger dan die van pure EP, terwijl alle monsters in ch-G / EP hoger zijn dan de Tg van pure EP. Dit komt omdat zuiver grafeen agglomeraten in de coating zal vormen als het wordt toegevoegd tot een bepaalde hoeveelheid, wat de coatingprestaties beïnvloedt, en grafeen gefunctionaliseerd met chloroform kan goed worden gedispergeerd in de coating.

De chemische reductie van Au3 + door Martin-GALLEGO et al. functioneel gemodificeerd het oppervlak van grafeen met gouden nanodeeltjes gegenereerd door autodepositie op het oppervlak van de gouddeeltjes, en verspreidde de Au / G in de licht-uitgeharde epoxy coating door ultrasone dispersie. Het bleek dat de elektrische geleidbaarheid van Au-G / EP ongeveer 4 ordes van grootte hoger is dan die van G / EP bij dezelfde optelhoeveelheid. Chen Yu gebruikte hydrothermale methode, met behulp van resol-fenolhars en grafeenoxide als grondstoffen, bereide met fenolhars gemodificeerde grafeen-aerogel (p-GA), en gebruikt als een geleidend vulmiddel om een composietmateriaal met EP te vormen. De studie vond dat: vanwege de toevoeging van resolfenolhars om de driedimensionale netwerkstructuur van p-GA meer perfect te maken, een kleine hoeveelheid p-GA uitstekende conductiviteit en elektromagnetische afschermprestaties kan krijgen. Wanneer het vulstofgehalte 0,33% (massafractie) is, is de elektrische geleidbaarheid 73 S / m en bereikt de elektromagnetische afschermingsprestatie 35 dB.

Qi et al. geënt silaan op het oppervlak van grafeenoxide om silaan-gefunctionaliseerd grafeen (g-GO) te verkrijgen en dit toe te voegen aan de epoxymatrix met vloeibaarkristal-epoxy (LCE) als een gemengde vulstof om een epoxyhars-composietcoating te bereiden. . De studie toont aan dat wanneer de gemengde vulstof 3% [2% (massafractie) g-GO en 1% LCE] is, vergeleken met de pure epoxy-coating, de slagvastheid van de composietcoating toeneemt met 132,6% en de treksterkte En de buigsterkte nam toe met respectievelijk 27,6% en 37,5%. De prestaties van niet-gefunctionaliseerd grafeen zijn verder verbeterd.

Ramezanzadeh et al. gemodificeerd grafeenoxide door gel-gebaseerd silaan, bereide silaan-gefunctionaliseerde grafeenoxide / epoxyharsbekleding en bestudeerd silaan-gefunctionaliseerd grafeenoxide door elektrochemische impedantiespectroscopie, zoutsproeiwerkwijze en kathodische losbindingsproef. Effect op de verfprestaties. De resultaten toonden aan dat het met silaan gemodificeerde grafeenoxide gelijkmatig in de epoxymatrix was gedispergeerd en dat de corrosieweerstand van de bekleding effectief was verbeterd en de kathodische loslating was verminderd.

Hoewel de studie van gefunctionaliseerde grafeen epoxyharscoatings verschillende mate van vooruitgang heeft bereikt, omdat de reactieomstandigheden niet eenvoudig te regelen zijn, is het formuleringsontwerp van composietcoatings ongemakkelijk en niet geschikt voor productie op grote schaal. Het is nog steeds nodig om verder te zoeken naar eenvoudige en efficiënte voorbereidingsroutes.

4. Outlook

Met de ontwikkeling van moderne wetenschap en technologie eisen mensen in toenemende mate de prestaties van epoxy-gebaseerde composietcoatings. Vanwege het feit dat de technologie voor de bereiding van composietcoatings van grafeen / epoxyhars nog niet is ontwikkeld, moet deze in de volgende gebieden worden ontwikkeld. de studie.

(1) Het is niet beperkt tot het beschouwen van de totale prestaties van grafeen / epoxy-coatings. Gerichte functionele modificaties van grafeen moeten worden gericht op specifieke omgevingen, of doelgerichte hoog-efficiënte dispergeermiddelen moeten worden gebruikt om een bepaalde eigenschap van de coating te verbeteren.

(2) De inhoud en soort van zuurstofhoudende functionele groepen in grafeen vormen de basis voor de selectie van geschikte gemodificeerde moleculen en modificatiemethoden. Macro-preparaat van gefunctionaliseerd grafeen met beheersbare structuur en eigenschappen moet de focus zijn van toekomstig onderzoek.

(3) Met de verbetering van milieubeschermingseisen, versnelt het proces van op water gebaseerde anticorrosieve deklagen. Op water gebaseerde grafeen epoxy-coatings hebben brede perspectieven. Het op te lossen probleem is de dispersie van grafeen in waterige epoxyharsen en de garantie van goede geleidende en thermische geleidbaarheid van de coatings.

(4) Prestatietests en toepassing van gefunctionaliseerde composietcoatings van grafeen en epoxyhars moeten verder worden bestudeerd. Als een interdisciplinaire, op grafeen gebaseerde composiet coatings zijn betrokken op vele gebieden, zoals vlamvertraging en weerstand van grafeen gebaseerde epoxy coatings. Continuïteit, etc., moet verder worden bestudeerd en onderzocht door wetenschappers.

(5) Introductie van kwantitatieve controle en prestatie-karakterisering van gefunctionaliseerde functionele groepen op het oppervlak van grafeen, evenals nauwkeurige selectie van gefunctionaliseerde plaatsen op het grafeenoppervlak, en ontwerp van grafeen / epoxyhars voor verfijning van chemische structuren om verschillende toepassingen van grafeen te accommoderen verven moeten verder worden onderzocht.