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第 7 期               王   娜，等: SBA-15 改性氧化石墨烯的环氧复合涂层制备及其防腐性能                              ·1477·


            通过添加具有优异性能的功能性填料来提高水性环                             苯、蒸馏水、无水乙醇、甲醇，分析纯，沈阳市佳
            氧树脂的阻隔性以达到提高涂层防腐性能、延长涂                             意佳实验仪器经销处；氧化石墨烯（片径为 0.5~
            层防腐周期的目的         [2-4] 。                           5 μm），化学纯，南京先丰纳米材料科技有限公司。
                 石墨烯是一种具有优异阻隔性能的二维片层结                              Nicolet  IR560 型 衰减全反 射红外光 谱仪
            构纳米材料，在涂料防腐领域中有着重要的应用                     [5-7] 。  （FTIR），高铁检测仪器有限公司；D8  Advance 型
            但是，在实际应用过程中，因分子间 π-π 共轭结构                          X 射线衍射仪，德国布鲁克公司；SSA-4200 型孔径
            和范德华力的存在，使其在水性基体中溶解性变差，                            及比表面积分析仪，北京彼奥德电子技术有限公司；
            易团聚，所以需对其进行功能化后再应用                    [8-9] 。      LVEM5 型透射电子显微镜（TEM），日本电子公司；
                                               [10]    [11]
                 在防腐领域中，纳米级填料如 TiO 2              、SiO 2  、    Autolab84362 电化学工作站，瑞士万通公司；
            ZnO [12] 等的添加能显著提高涂层的阻隔性。本课题                       YWα/Q-150 型盐雾试验箱，金坛市金鹰环境试验设
                                                      [13]     备公司；AT07487 型拉开法附着力测试仪，美国 De
            组 前 期 曾研究 介孔 纳米材 料如 介孔 -TiO 2               、
            MCM41  [14] 等对水性环氧涂层防腐性的影响，它们主                     Felsko 公司；超声波细胞粉碎机，台湾欣悦仪器仪
            要是通过阻挡或者延长腐蚀粒子的运输路径来达到                             表有限公司。
            延缓腐蚀的目的，其防腐性能较无孔道结构的纳米                             1.2    方法
            填料更加优良。李志         [15] 将 MCM41 与 GO 接枝应用于          1.2.1    氨基化改性 SBA-15 分子筛
            环氧树脂阻燃领域，其主要利用 MCM41 与 GO 接                            将 4  g  SBA-15 分子筛（无模板剂）和 6  mL
            枝的协同作用来增强环氧树脂的阻燃性能，降低烟                             KH-550 加入配有搅拌桨的 250 mL 三口瓶中，然后
            气释放；同时能够阻碍裂纹扩展、提高环氧树脂冲                             加入 50  mL 甲苯，将三口瓶置于 80  ℃的恒温水浴
            击强度。本课题组曾将 MCM41 与 GO 接枝应用于                        锅中，300 r/min 下冷凝回流 6 h 后终止反应。待溶
            天然橡胶的阻燃中         [16] ，结果表明，填料的加入有效                液冷却至室温后，在 700  r/min 下用甲苯离心洗涤
            降低了复合材料的最大热释放速率和烟释放速率，                             3~4 次。最后在空气中干燥 12  h，即得氨基化改性
                                                               SBA-15。
            阻燃橡胶复合材料 UL-94 达到 V-0 级别。对于钢结
                                                               1.2.2    SBA-15 接枝石墨烯（SBA-15-GO）功能填料
            构防腐领域，本课题组前期曾研究了具有复杂孔道
                                                                     的制备
            结构（直型孔道和 Z 型孔道兼有）的 ZSM-5 与石墨
                                                                   将 0.04  g 石墨烯 GO 和 40  mL 蒸馏水加入
            烯接枝作为功能填料对水性环氧涂层防腐性能的影
                                                               100 mL 烧杯中，用保鲜膜封口，超声 30  min 后移
            响，发现这种孔/片协同结构填料比单一结构（孔道
                                                               入配有搅拌桨的三口瓶中。然后配制 EDC/NHS 溶
            结构或片层结构）填料具有更好的防腐性能                       [17] 。
                                                               液（其中，EDC 0.0368 g，NHS 0.0179 g，H 2O 20 mL）
            SBA-15 是一种具有高度有序的六边形直孔型介孔
                                                               并倒入 GO 分散体中活化 30 min。再将 1 g 氨基化的
            分子筛，相比于前期工作中的微孔分子筛 ZSM-5、
                                                               SBA-15 加入混合物中搅拌 4 h（转速为 300 r/min）。
            介孔-TiO 2 、MCM41 等材料，SBA-15 结构更加规整，
                                                               最后在 150  r/min 下用甲醇和水离心洗涤 3~4 次，
            孔径更大。                                              50 ℃烘箱干燥，即得 SBA-15- GO 功能填料。
                 本文在前期 所有工作          [13-14,16-17] 的基础上，将
                                                               1.2.3    涂层的制备
            SBA-15 接枝到石墨烯上作为功能填料填充到水性
                                                                   称取一定量的水性环氧树脂（EP），分别加入
            环氧树脂中，探究大孔径孔道结构与片层结构协同
                                                               一定量的功能填料与适量的蒸馏水，置于球磨罐中
            作用对水性环氧涂层防腐性能的影响，并找到最佳
                                                               球磨分散（350  r/min）制成涂料母液，再加入相对
            的填料添加量。以期进一步提高水性环氧涂层防腐
                                                               应质量的氨基固化剂，磁力搅拌混合制成水性复合
            性能。
                                                               防腐涂料，然后喷涂在 Q235A 碳钢（50 mm×50 mm×
            1    实验部分                                          2  mm）表面，室温下固化一周。水性复合防腐涂层
                                                               具体配方见表 1（为利于与前期工作进行对比，本实
            1.1    试剂与仪器                                       验中增加一组添加质量分数为 0.7%ZSM-5-GO              [17] 组分
                 氨基固化剂（AQ419），工业品，美国空气化工                       样片）。
            产品有限公司；水性环氧树脂（WSR6101），工业品，                        1.3   结构表征与性能测试
            蓝星化工新材料股份有限公司；1-(3-二甲氨基丙                               用红外光谱仪测定样品的红外吸收光谱；用 X
            基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、N-羟基琥珀酰                        射线衍射仪对试样进行晶体结构分析，扫描范围为
            亚胺（NHS），分析纯，天津阿法埃莎化学有限公司；                          5~60；用孔径及比表面积分析仪可以分析样品的
            介孔分子筛（SBA-15）、硅烷偶联剂（KH-550）、甲                      孔径孔容，且能够计算出样品的比表面积；用透射
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