文獻速讀
Colloid. Surface A:一種用于增強水性環(huán)氧涂料防腐性能的新型蠶絲蛋白-氧化石墨烯雜化物
題目
題目:A novel silk fibroin-graphene oxide hybrid for reinforcing corrosion protection performance of waterborne epoxy coating
一種用于增強水性環(huán)氧涂料防腐性能的新型蠶絲蛋白-氧化石墨烯雜化物
關(guān)鍵詞
關(guān)鍵詞:蠶絲蛋白;氧化石墨烯;水性環(huán)氧樹脂涂層;腐蝕防護
來源
出版年份:2021
來源:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
課題組:西南石油大學化學化工學院嚴思明課題組
研究背景
金屬腐蝕是工業(yè)領(lǐng)域的常見現(xiàn)象,會造成巨大經(jīng)濟損失,影響設(shè)備運行安全。在已有的金屬腐蝕防護方法中,有機環(huán)氧樹脂涂層是一種最有效、最經(jīng)濟的手段之一。然而,傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂涂層通常為溶劑型,會釋放大量揮發(fā)性有機物,危害環(huán)境和人類健康。因此,環(huán)保型水性環(huán)氧樹脂涂層(WEC)應用逐漸增多。然而,WEC的溶劑水在固化過程中易蒸發(fā)產(chǎn)生孔隙和缺陷,極大減弱了其防腐性能。目前已有研究表明,二維納米材料與水性環(huán)氧樹脂協(xié)同作用,可以極大提高復合WEC的防腐性能。氧化石墨烯(GO)具有良好的屏障特性,同時其不導電性可以避免微電偶腐蝕的發(fā)生,但其比表面積大、范德華力強,限制了其在WEC中的應用。因此,增強GO在WEC中分散性以及GO與WEC的界面相容性是提高GO基復合WEC耐蝕性的關(guān)鍵。已有研究使用零維納米顆粒、二維納米片提高GO在WEC中的分散性,并使用聚合物增強GO與WEC之間的界面力,但使用天然聚合物改性GO以提高復合WEC的防腐性能的研究很少。
研究出發(fā)點
蠶絲蛋白(SF)是一種從蠶繭中提取的纖維蛋白,具有優(yōu)異的生物相容性和力學性能,SF和環(huán)氧樹脂之間的物理和化學交聯(lián)可以提高環(huán)氧樹脂的韌性,因此SF纖維是增強無機納米填料與環(huán)氧樹脂相容性的理想天然材料。目前,SF/GO復合材料主要應用于生物醫(yī)學領(lǐng)域,尚未有研究將GO與SF結(jié)合用于腐蝕防護領(lǐng)域。
研究內(nèi)容
本文使用蠶絲蛋白-氧化石墨烯(SF-GO)制備了一種新型綠色水性納米填料并將其用于增強水性環(huán)氧樹脂(WEC)的防腐性能。通過XRD、FT-IR、XPS、Raman和TEM等手段驗證了SF在GO表面成功接枝;使用SEM研究了SF-GO在WEC中的分散性能;采用電化學阻抗譜(EIS)試驗和動態(tài)電位極化試驗評價了SF-GO/WEC對碳鋼的防腐性能;并用鹽霧試驗表明,SF-GO/WEC具有良好的長期耐腐蝕性。
圖1 SF-GO制備過程
圖2 TEM:(a)GO、(b)SF-GO;EDS:(c)GO、(d)SF-GO
圖3 DSC曲線:(a)純WEC、(b)0.5% SF-GO/WEC
圖4 不同復合涂層在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡60 d的開路電壓(OCP)
表1 不同復合涂層的動態(tài)電位極化曲線參數(shù)值
圖5 鹽霧箱中暴露100 h和200 h后的圖像:(a-b)純WEC、(c-d)0.5% GO/WEC、(e-f)0.5% SF-GO/WEC、(g-h)0.7% SF-GO/WEC
圖6 GO/WEC和SF-GO/WEC的防腐機理
主要結(jié)論
(1)蠶絲蛋白-氧化石墨烯(SF-GO)在水性環(huán)氧樹脂(WEC)中具有優(yōu)異的相容性和分散性,可以有效發(fā)揮GO納米片對腐蝕性介質(zhì)的物理屏障性能;SF-GO/WEC的差示掃描量熱(DSC)結(jié)果表明:SF纖維蛋白可以提高環(huán)氧涂層的致密性,有利于提高涂層體系的阻隔效果;
(2)EIS測試結(jié)果表明:摻0.5% SF-GO的WEC耐腐蝕性能最好,其電阻值比純WEC高3個數(shù)量級;在鹽霧測試中,0.5%的SF-GO/WEC也表現(xiàn)出了優(yōu)異的長期耐腐蝕性,與EIS測試結(jié)果一致。
(3)SF-GO復合涂層的優(yōu)異防腐性能可以歸結(jié)為兩個原因:一方面,在WEC分散性良好的SF-GO可以有效地擴展腐蝕介質(zhì)的擴散路徑;另一方面,在GO表面添加SF可以提高WEC的交聯(lián)密度。
文獻鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117858
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