Progreso de la investigación de revestimientos compuestos de resina epoxi / grafeno (2)

2.Problemas que existen

Como el grafeno tiene un área superficial específica grande (un valor teórico de aproximadamente 2630 m2 / g) y una alta energía superficial, se producen aglomerados y nudos cuando la cantidad de grafeno es grande, lo que produce una dispersión y estabilidad pobres en la matriz. . Para las propiedades térmicas y eléctricas, cuando se agrega una pequeña cantidad de grafeno, se puede alcanzar el umbral de percolación, y el contenido de grafeno se incrementa aún más, y la magnitud de la mejora adicional en la resistencia al calor y la conductividad eléctrica se reduce. Sin embargo, para propiedades mecánicas y mecánicas, propiedades anticorrosión, aunque una pequeña cantidad de grafeno puede mejorar el rendimiento, debido a su aglomeración en el recubrimiento epoxi en cierta cantidad, causará grietas, puntos de concentración de tensión y defectos en el recubrimiento. Causa una caída en el rendimiento.

Wu Fang midió el coeficiente de fricción en fricción seca y agua de mar de diferentes recubrimientos G / EP con un medidor de coeficiente de fricción y descubrió que cuando G es 1% (fracción de masa), el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste del recubrimiento aumentarán. Y señaló que esto se debe a que el contenido de G es demasiado alto, ocurrirá en el recubrimiento causado por la aglomeración de grietas, lo que hace que el recubrimiento sea fácil de despegar en el proceso de fricción, los residuos de desgaste resultantes aumentan el coeficiente de fricción del recubrimiento y tasa de desgaste.

Zhi y col. usó tecnología de dispersión ultrasónica para preparar un recubrimiento compuesto G / EP, y realizó una prueba de flexión de tres puntos después de curar el recubrimiento, y luego observó la superficie de fractura del revestimiento usando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-ESM). Se encontró que cuando el contenido de grafeno es del 1% (fracción en masa), la dispersión en el recubrimiento es relativamente uniforme, y cuando el contenido es inferior al 1%, la tenacidad del recubrimiento aumenta significativamente. Sin embargo, cuando el contenido alcanza el 2%, se producirá aglomeración en el revestimiento, lo que provocará que los defectos formen puntos de concentración de tensión, lo que dará como resultado una disminución de la tenacidad del recubrimiento.

Liu et al. aplicó G como inhibidor de corrosión al sistema E44 de resina epoxi para preparar un revestimiento compuesto G / EP y midió la curva de polarización potenciodinámica después de colocarla en solución de NaCl al 3,5% durante 48 horas.

Los resultados muestran que el potencial de auto-corrosión de 0.5% (fracción de masa) G / E44 y 1% (fracción de masa) G / E44 es significativamente menor que el del recubrimiento E44, y la densidad de corriente de corrosión de 0.5% G / E44 (0.0551μA / cm2)) es mucho menor que 1% G / E44 (0.934μA / cm2) y E44 (0.121μA / cm2) recubrimientos, lo que indica que la adición de grafeno mejora el rendimiento repelente al agua de los recubrimientos epoxi y reduce la penetración de medios corrosivos. . Sin embargo, al agregar exceso de grafeno se aglomerará la superficie del revestimiento y se reducirán las propiedades repelentes al agua del revestimiento.

3. Progreso de la investigación de revestimientos funcionalizados de grafeno / epoxi

3.1 grafeno funcionalizado

Debido a la hidrofobicidad y la inercia química de la gran estructura con enlaces π en la superficie del grafeno intrínseco, es fácil de apilar y agregar en el revestimiento de epoxi, y es difícil para el grafeno ejercer plenamente su rendimiento en la matriz de epoxi. Para resolver este problema, académicos nacionales y extranjeros forman un nuevo tipo de grafeno funcionalizado mediante la adición de otros componentes y estructuras sobre la base de grafeno. Este grafeno, aunque mantiene sus propiedades básicas, también impartirá una nueva propiedad, y también puede ser objetivo para optimizar el grafeno en función de la necesidad de propiedades de recubrimiento.

De acuerdo con la estructura química, la funcionalización del grafeno se divide en enlaces covalentes y enlaces no covalentes. El enlace covalente destruye la estructura π-unida en la superficie del grafeno, haciendo que su superficie sea activa. Sin embargo, la destrucción de esta estructura estable conducirá a una disminución en la conductividad eléctrica y térmica del grafeno funcionalizado que el grafeno intrínseco. La unión no covalente se refiere al uso de la característica del área de superficie específica súper grande del grafeno, que se combina con otras partículas con propiedades excelentes a través de la adsorción de superficie. Aunque este método no destruye la estructura básica del grafeno y conserva las características de rendimiento inherentes del grafeno, el efecto de dispersión es ligeramente inferior al de la unión covalente. En general, es necesario agregar un estabilizador o una dispersión ultrasónica.

Aunque la investigación sobre el grafeno funcionalizado aún se encuentra en la etapa preliminar, existen pocos estudios sobre su aplicación en recubrimientos anticorrosión con resina epoxi. Sin embargo, algunos expertos han modificado la superficie del grafeno a través de ciertos grupos funcionales y han añadido resina epoxi, y han demostrado que el grafeno funcionalizado es superior al grafeno puro.

3.2 Aplicación de grafeno funcionalizado en recubrimientos epoxídicos

Ghaleb et al. analizaron la temperatura de transición vítrea Tg de los revestimientos G / EP y los recubrimientos ch-G / EP (resina de grafeno / resina epoxídica funcionalizada con cloroformo) mediante calorimetría de barrido diferencial. Se encontró que G / EP solo tiene grafeno. La Tg en un contenido de volumen del 0,1% es mayor que la del EP puro, mientras que todas las muestras en ch-G / EP son más altas que la Tg del EP puro. Esto se debe a que el grafeno puro formará aglomerados en el revestimiento cuando se agrega a una cierta cantidad, lo que afecta el rendimiento del recubrimiento, y el grafeno funcionalizado con cloroformo puede dispersarse bien en el recubrimiento.

La reducción química de Au3 + por Martin-GALLEGO et al. modificó funcionalmente la superficie del grafeno con nanopartículas de oro generadas por autodeposición en la superficie de las partículas de oro, y dispersó el Au / G en el revestimiento de epoxi curado a la luz mediante dispersión ultrasónica. in. Se encontró que la conductividad eléctrica de Au-G / EP es aproximadamente 4 órdenes de magnitud mayor que la de G / EP en la misma cantidad de adición. Chen Yu usó el método hidrotermal, usando resina fenólica de resol y óxido de grafeno como materia prima, preparó un aerogel de grafeno modificado con resina fenólica (p-GA), y lo utilizó como una carga conductiva para formar un material compuesto con EP. El estudio encontró que: debido a la adición de resina resol fenólica para hacer que la estructura de red tridimensional de p-GA sea más perfecta, una pequeña cantidad de p-GA puede obtener una excelente conductividad y rendimiento de protección electromagnética. Cuando el contenido de relleno es 0,33% (fracción de masa), la conductividad eléctrica es de 73 S / m, y el rendimiento del blindaje electromagnético alcanza 35 dB.

Qi et al. injertó silano en la superficie del óxido de grafeno para obtener grafeno funcionalizado con silano (g-GO) y lo agregó a la matriz epoxi con epoxi de cristal líquido (LCE) como relleno mixto para preparar un revestimiento compuesto de resina epoxi. . El estudio muestra que cuando la carga mixta es 3% [2% (fracción másica) g-GO y 1% LCE], en comparación con el recubrimiento epoxi puro, la resistencia al impacto del recubrimiento compuesto aumenta en 132.6% y la resistencia a la tracción Y la resistencia a la flexión aumentó en un 27,6% y un 37,5%, respectivamente. El rendimiento del grafeno no funcionalizado se ha mejorado aún más.

Ramezanzadeh y col. óxido de grafeno modificado por silano basado en gel, preparado de óxido de grafeno / resina epoxi funcionalizado con silano y estudiado óxido de grafeno silano funcionalizado por espectroscopía de impedancia electroquímica, método de rociado de sal y prueba de desunión catódica. Efecto en el rendimiento de la pintura. Los resultados mostraron que el óxido de grafeno modificado con silano se dispersó uniformemente en la matriz epoxi, y la resistencia a la corrosión del revestimiento se mejoró eficazmente y se redujo la desunión catódica.

Aunque el estudio de revestimientos de resina epoxi de grafeno funcionalizados ha logrado diversos grados de progreso, debido a que las condiciones de reacción no son fáciles de controlar, el diseño de la formulación de revestimientos compuestos es inconveniente y no es adecuado para la producción a gran escala. Todavía es necesario seguir buscando rutas de preparación simples y eficientes.

4. Perspectiva

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, las personas demandan cada vez más el rendimiento de revestimientos compuestos basados en epoxi. Sin embargo, debido al hecho de que la tecnología para la preparación de revestimientos compuestos de resina epoxi / grafeno aún no está madura, debe desarrollarse en las siguientes áreas. el estudio.

(1) No se limita a considerar el rendimiento general de los recubrimientos de grafeno / epoxi. Las modificaciones funcionales dirigidas de grafeno deben dirigirse a entornos específicos o se deben usar dispersantes de alta eficacia específicos para mejorar una propiedad particular del revestimiento.

(2) El contenido y las especies de grupos funcionales que contienen oxígeno en el grafeno son la base para seleccionar moléculas modificadas y métodos de modificación adecuados. La macropreparación de grafeno funcionalizado con estructura y propiedades controlables debería ser el centro de futuras investigaciones.

(3) Con la mejora de los requisitos de protección del medio ambiente, el proceso de revestimientos anticorrosión a base de agua se está acelerando. Los revestimientos de epoxi de grafeno a base de agua tienen amplias perspectivas. El problema a resolver es la dispersión de grafeno en resinas epoxídicas acuosas y la garantía de buena conductividad y conductividad térmica de los recubrimientos.

(4) Las pruebas de rendimiento y la aplicación de recubrimientos compuestos de grafeno funcionalizado y resina epoxi deben estudiarse más a fondo. Como recubrimientos compuestos multidisciplinarios basados en grafeno están involucrados en muchos campos, tales como la resistencia al fuego y la resistencia de revestimientos epoxi a base de grafeno. Continuidad, etc., necesitan ser estudiados y explorados por los científicos.

(5) Introducción de control cuantitativo y caracterización del rendimiento de grupos funcionales funcionalizados en la superficie del grafeno, así como una selección precisa de sitios funcionalizados en la superficie de grafeno, y diseño de resina de grafeno / epoxi para el refinado de estructuras químicas para adaptarse a diferentes aplicaciones de grafeno. las pinturas necesitan más estudio.