Kemajuan Penelitian Graphene / Epoxy Resin Composite Coatings （2）

2.Masalah yang ada

Karena graphene memiliki luas permukaan spesifik yang besar (nilai teoritis sekitar 2630 m2 / g) dan energi permukaan yang tinggi, aglomerat dan kusut terjadi ketika jumlah graphene besar, menghasilkan dispersi yang buruk dan stabilitas dalam matriks. . Untuk sifat termal dan listrik, ketika sejumlah kecil graphene ditambahkan, ambang perkolasi dapat dicapai, dan konten graphene lebih ditingkatkan, dan besarnya peningkatan lebih lanjut dalam ketahanan panas dan konduktivitas listrik menjadi lebih kecil. Namun, untuk sifat mekanik dan mekanik, sifat anti-korosi, meskipun sejumlah kecil graphene dapat meningkatkan kinerja, karena aglomerasi dalam lapisan epoksi pada jumlah tertentu, itu akan menyebabkan retakan, titik konsentrasi tegangan dan cacat pada lapisan. Menyebabkan penurunan kinerja.

Wu Fang mengukur koefisien gesekan pada gesekan kering dan gesekan air laut dari pelapisan G / EP yang berbeda dengan koefisien gesekan meter dan menemukan bahwa ketika G adalah 1% (fraksi massa), koefisien gesekan dan laju keausan lapisan akan meningkat. Dan menunjukkan bahwa ini adalah karena kandungan G terlalu tinggi, itu akan terjadi pada lapisan yang disebabkan oleh aglomerasi retakan, yang mengakibatkan pelapisan mudah terkelupas dalam proses gesekan, hasil pakai puing-puing meningkatkan koefisien gesekan lapisan itu. dan tingkat keausan.

Zhi et al. menggunakan teknologi dispersi ultrasonik untuk menyiapkan lapisan komposit G / EP, dan melakukan uji lentur tiga titik setelah pelapisan disembuhkan, dan kemudian mengamati permukaan fraktur lapisan menggunakan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-ESM). Ditemukan bahwa ketika kandungan graphene adalah 1% (fraksi massa), dispersi dalam lapisan relatif seragam, dan ketika konten kurang dari 1%, ketangguhan lapisan meningkat secara signifikan. Namun, ketika konten mencapai 2%, aglomerasi akan terjadi di lapisan, yang akan menyebabkan cacat untuk membentuk titik konsentrasi tegangan, yang mengakibatkan penurunan ketangguhan lapisan.

Liu et al. diterapkan G sebagai inhibitor korosi ke sistem E44 resin epoksi untuk menyiapkan lapisan komposit G / EP, dan mengukur kurva polarisasi potensiodinamik setelah menempatkannya dalam larutan NaCl 3,5% selama 48 jam.

Hasilnya menunjukkan bahwa potensi korosi diri 0,5% (fraksi massa) G / E44 dan 1% (fraksi massa) lapisan G / E44 secara signifikan lebih rendah daripada lapisan E44, dan kerapatan arus korosi 0,5% G / E44 (0,0551μA / cm2)) jauh lebih rendah dari 1% G / E44 (0.934μA / cm2) dan E44 (0,121μA / cm2) pelapis, menunjukkan bahwa penambahan graphene meningkatkan kinerja pengusir epoksi air dan mengurangi penetrasi media korosif. . Namun, menambahkan kelebihan graphene akan menggumpal pada permukaan lapisan dan mengurangi sifat pengusir air dari lapisan.

3. Kemajuan penelitian lapisan graphene / epoksi yang difungsikan

3.1 graphene difungsikan

Karena hidrofobik dan kelembaman kimia dari struktur π-ikatan besar pada permukaan graphene intrinsik, mudah untuk menumpuk dan agregat dalam lapisan epoksi, dan sulit bagi graphene untuk sepenuhnya mengerahkan kinerjanya dalam matriks epoksi. Untuk mengatasi masalah ini, para sarjana dalam dan luar negeri membentuk tipe baru graphene yang difungsikan dengan menambahkan komponen dan struktur lain berdasarkan graphene. Graphene ini, sambil mempertahankan sifat dasarnya, juga akan memberikan properti baru, dan juga dapat ditargetkan untuk mengoptimalkan graphene berdasarkan kebutuhan untuk sifat-sifat pelapisan.

Menurut struktur kimia, fungsionalisasi graphene dibagi menjadi ikatan kovalen dan ikatan non-kovalen. Ikatan kovalen menghancurkan struktur π-ikatan pada permukaan graphene, membuat permukaannya aktif. Namun, perusakan struktur stabil ini akan menyebabkan penurunan konduktivitas listrik dan termal dari graphene difungsikan daripada graphene intrinsik. Ikatan non-kovalen mengacu pada penggunaan karakteristik luas permukaan spesifik super-besar dari graphene, yang diperparah dengan partikel lain dengan sifat yang sangat baik melalui adsorpsi permukaan. Meskipun metode ini tidak menghancurkan struktur dasar graphene, dan mempertahankan karakteristik kinerja yang melekat pada graphene, efek dispersi sedikit lebih rendah daripada ikatan kovalen. Umumnya, perlu menambahkan stabilizer atau dispersi ultrasonik.

Meskipun penelitian pada graphene difungsikan masih dalam tahap pendahuluan, ada beberapa studi tentang penerapannya dalam lapisan anti-korosi resin epoksi. Namun, beberapa ahli telah memodifikasi permukaan graphene melalui kelompok-kelompok fungsional tertentu dan menambahkan resin epoksi, dan membuktikan bahwa graphene berfungsi lebih unggul daripada graphene murni.

3.2 Penerapan Graphene Difungsikan dalam Pelapisan Epoksi

Ghaleb et al. menganalisis suhu transisi gelas Tg pelapis G / EP dan ch-G / EP (kloroform-difungsikan resin graphene / epoxy) pelapisan dengan diferensial scanning kalorimetri. Ditemukan bahwa G / EP hanya memiliki graphene. Tg pada volume konten 0,1% lebih tinggi daripada EP murni, sementara semua sampel dalam ch-G / EP lebih tinggi dari Tg EP murni. Ini karena graphene murni akan membentuk aglomerat dalam lapisan ketika ditambahkan ke jumlah tertentu, yang mempengaruhi kinerja lapisan, dan graphene difungsikan dengan kloroform dapat terdispersi dengan baik dalam lapisan.

Pengurangan kimia Au3 + oleh Martin-GALLEGO et al. secara fungsional memodifikasi permukaan graphene dengan nanopartikel emas yang dihasilkan oleh autodeposition pada permukaan partikel emas, dan mendispersikan Au / G pada lapisan epoksi yang disembuhkan dengan cahaya oleh dispersi ultrasonik. in. Ditemukan bahwa konduktivitas listrik Au-G / EP adalah sekitar 4 lipat lebih tinggi daripada G / EP pada jumlah penambahan yang sama. Chen Yu menggunakan metode hidrotermal, menggunakan resin fenolik resole dan graphene oxide sebagai bahan baku, menyiapkan resin fenolik dimodifikasi graphene aerog (p-GA), dan menggunakannya sebagai pengisi konduktif untuk membentuk material komposit dengan EP. Studi ini menemukan bahwa: karena penambahan resin fenolik resole untuk membuat struktur jaringan tiga dimensi p-GA lebih sempurna, sejumlah kecil p-GA bisa mendapatkan konduktivitas yang sangat baik dan kinerja perisai elektromagnetik. Ketika isi filler adalah 0,33% (fraksi massa), konduktivitas listrik adalah 73 S / m, dan kinerja perisai elektromagnetik mencapai 35 dB.

Qi et al. dicangkokkan silan pada permukaan graphene oksida untuk mendapatkan graphene silane-functionalized (g-GO) dan ditambahkan ke matriks epoxy dengan epoxy kristal cair (LCE) sebagai pengisi campuran untuk mempersiapkan lapisan komposit resin epoksi. . Studi ini menunjukkan bahwa ketika filler campuran adalah 3% [2% (fraksi massa) g-GO dan 1% LCE], dibandingkan dengan lapisan epoksi murni, resistensi dampak dari lapisan komposit meningkat sebesar 132,6%, dan kekuatan tarik Dan kekuatan lentur meningkat masing-masing 27,6% dan 37,5%. Kinerja graphene unfunctionalized telah lebih ditingkatkan.

Ramezanzadeh dkk. dimodifikasi graphene oksida oleh silan berbasis gel, dipersiapkan silan memfungsikan graphene oxide / epoxy resin coating, dan mempelajari silana memfungsikan graphene oxide dengan spektroskopi impedansi elektrokimia, metode semprot garam dan uji disbondment katodik. Efek pada kinerja cat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa oksena graphene oksida yang dimodifikasi secara seragam terdispersi dalam matriks epoksi, dan ketahanan korosi lapisan secara efektif ditingkatkan dan dislondment katodik berkurang.

Meskipun studi lapisan resin epoxy resin yang difungsikan telah mencapai berbagai tingkat kemajuan, karena kondisi reaksi tidak mudah dikendalikan, desain formulasi pelapis komposit tidak nyaman, dan tidak cocok untuk produksi skala besar. Masih perlu mencari rute persiapan yang lebih sederhana dan efisien.

4. Outlook

Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern, orang semakin menuntut kinerja pelapis komposit berbasis epoksi. Namun, karena fakta bahwa teknologi untuk persiapan lapisan komposit resin komposit / epoxy belum matang, perlu dikembangkan di bidang-bidang berikut. pembelajaran.

(1) Hal ini tidak terbatas untuk mempertimbangkan kinerja keseluruhan pelapisan graphene / epoxy. Modifikasi fungsional sasaran graphene harus ditargetkan untuk lingkungan tertentu atau dispersi efisiensi tinggi yang ditargetkan harus digunakan untuk meningkatkan properti tertentu dari lapisan.

(2) Kandungan dan spesies gugus fungsi yang mengandung oksigen dalam graphene adalah dasar untuk memilih molekul modifikasi yang sesuai dan metode modifikasi. Makro-persiapan graphene difungsikan dengan struktur terkendali dan properti harus menjadi fokus penelitian masa depan.

(3) Dengan peningkatan persyaratan perlindungan lingkungan, proses pelapisan anti-korosi berbasis air semakin cepat. Pelapisan epoxy berbasis air graphene memiliki prospek luas. Masalah yang harus dipecahkan adalah dispersi graphene dalam resin epoksi berair dan jaminan konduktifitas konduktif dan termal yang baik dari lapisan.

(4) Pengujian kinerja dan penerapan graphene yang difungsikan dan pelapis komposit resin epoksi perlu dipelajari lebih lanjut. Sebagai pelapis komposit cross-disciplinary, berbasis graphene terlibat dalam banyak bidang, seperti retardasi nyala dan ketahanan lapisan epoxy berbasis-graphene. Kesinambungan, dll., Perlu dipelajari lebih lanjut dan dieksplorasi oleh para ilmuwan.

(5) Pengenalan kontrol kuantitatif dan karakterisasi kinerja fungsional kelompok fungsional pada permukaan graphene, serta pemilihan yang akurat dari situs difungsikan pada permukaan graphene, dan desain graphene / epoxy resin untuk penyempurnaan struktur kimia untuk mengakomodasi aplikasi yang berbeda dari cat perlu diteliti lebih lanjut.