摘要
石墨烯(Graphene)因其优异的片层阻隔性、机械性能及导电性能而成为防腐涂料及防腐涂层的理想填料，但是在实际应用过程中由于单纯的石墨烯比表面积太大而造成其在涂料中难以分散进而形成团聚体，不仅使固化后的涂层出现应力集中降低其机械性能，而且涂层的防腐性能还会大大的减弱甚至更差。干燥的的石墨烯粉体在溶剂中很难再分散。总体来说按所用稀释剂涂料分为水性及油性，水性涂料绿色环保，但是由于发展时间短及缺乏行业标准，许多性能不如油性涂料，因此对于国防、海上及重工业基础建设还是以油性涂料为主。然而石墨烯在涂料用有机溶剂如二甲苯、乙酸乙酯等中是很难分散的且分散浓度较低，因此石墨烯无法直接添加到油性涂料进行应用，如何制备高浓度可油性再分散的石墨烯粉体成为关键科学技术之一。本论文首先制备可再油性分散的石墨烯粉体，然后将其溶解在有机溶剂中制得石墨烯油性分散液或浆料，以此作为涂料中的填料。为了提高石墨烯在油性溶剂中的分散性，先在水环境下采用聚合物微球聚苯乙烯等负载在氧化石墨烯(GO)表面克服石墨烯片层之间的范德华力，然后再进行还原干燥得到改性还原氧化石墨烯粉体，既兼具石墨烯的特性又可使其在油性溶剂中提高分散性。然而采用哪种聚合物对氧化石墨烯进行修饰是至关重要的，既要考虑到聚合物在涂料溶剂中的溶解性也要达到所用聚合物与涂料树脂基体之间的相容性或者两者共混后的微观形貌。本论文综合以上因素，研究内容具体如下： (1)首先将聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30)添加到氧化石墨烯水溶液中以此作为聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球与氧化石墨烯片层之间的连接剂，然后采用原位聚合反应将聚苯乙烯微球负载到氧化石墨烯表面，以此克服片层之间的范德华力作用，并采用水合肼对其进行还原、干燥处理得到改性石墨烯粉体。且当GO与PVP质量比小于1:1.5时，聚合物微球的负载效果最好，并且根据不同苯乙烯等单体添加量制得不同负载量的粉体，结合扫描电镜(SEM)、拉曼、傅里叶红外光谱(FT-IR)及X-射线衍射(XRD)对复合后的粉体进行微观形貌、化学组成及晶体结构进行分析。除此之外结合第一性原理(DFT)计算，显示PVP、PS及GO之间相互作用为物理吸附。 (2)将改性后的石墨烯粉体溶解在不同的有机溶剂中，对其分散液通过光学照片、紫外光谱表征不同时间静置后的峰强度判断改性粉体在不同有机溶剂及及浓度下的分散情况，当聚苯乙烯负载量高于10%时，改性粉体能够很好的分散在二甲苯中，分散浓度高至形成浆料且稀释后再分散效果良好，当聚苯乙烯负载量低于10%时，分散效果变差；聚甲基丙烯酸甲酯改性石墨烯只能在丙酮中很好的分散但不溶于二甲苯。丙酮易挥发因此不适合作为油性涂料的稀释剂。 (3)聚合物微球PS改性石墨烯分散液加入到氟碳树脂涂料中制备石墨烯复合涂层，对于共混后的形貌采用扫描电镜结合介观模拟进行表征，结果显示溶解的PS与氟碳树脂之间由于相容性问题导致PS链发生微观自组装形成微米级PS球，产生新的聚合物共混形貌，对于涂层的防腐及机械性能有一定的提高。 (4)探究氟碳树脂涂料中改性石墨烯分散液的最优添加量，通过测试涂层的微观缺陷形貌、耐盐雾实验，当添加量为1.5%时，性能最好；通过涂层耐冲击性能、附着力测试，当添加量为1%时，涂层性能最好；通过对涂层的Tafel及EIS测试得出，当添加量为1.5%时，涂层的Ecoor最高为-0.306V，Icoor最小为7.954×10-12Acm-2，从以上数据综合得出当该改性粉体PS-PVP@rGO的添加量在1.5%时，为涂层的最优添加量。
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