热固性粉末涂料性能特点，功能化氧化石墨烯在粉末涂料中的分散性及防腐性能的应用研究
热固性粉末涂料性能特点，功能化氧化石墨烯在粉末涂料中的分散性及防腐性能的应用研究GO具有稳定的结构，优异的韧性、硬度和卓越的可饰性，在各个领域都有巨大的应用前景。涂料是卓有成效的防护手段和最具广泛应用基础的防腐技术手段之一。环氧树脂和聚酯树脂时常用的涂料树脂之一，具有优异的性能，被广泛应用于防腐涂料中。结果表明：以KH560功能化GO制备的涂层具有优异的防腐性能和机械性能。 1、前言金属在国民生活中有广泛的应用，但其面临着腐蚀的难题，据相关报道，每年因腐蚀对国民经济带来相当严重的损失，且对环境也造成一定的危害。
摘要：表面经γ-（2 3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷（KH560)修饰的氧化石墨烯（GO）与没食子酸基环氧树脂（GEP）混合形成功能化氧化石墨烯（FGO)。
可有效提高GO的分散性，进而使其均匀的分散在粉末涂料中，通过静电喷涂法成功制备了防腐涂层。
采用SEM、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、盐雾测试、耐冲击测试、接触角测试等对GO及涂层性能进行表征和测试。
考察了KH560用量在THF及粉末涂料中分散性的影响；同是也考察了KH-560修饰GO用量对涂层性能的影响。
结果表明：以KH560功能化GO制备的涂层具有优异的防腐性能和机械性能。
1、前言
金属在国民生活中有广泛的应用，但其面临着腐蚀的难题，据相关报道，每年因腐蚀对国民经济带来相当严重的损失，且对环境也造成一定的危害。
涂料是卓有成效的防护手段和最具广泛应用基础的防腐技术手段之一。环氧树脂和聚酯树脂时常用的涂料树脂之一，具有优异的性能，被广泛应用于防腐涂料中。
GO具有稳定的结构，优异的韧性、硬度和卓越的可饰性，在各个领域都有巨大的应用前景。
但GO兼具亲疏水性，使其在运用上存在一定的障碍。若运用在粉末涂料中，无法与粉末混合，降低涂料的稳定性，进而对涂层造成缺陷，降低了涂层的防腐性能，大大降低了GO应用可行性。
因此对GO改性，提高在其在粉末涂料中的分散性，对GO防腐粉末涂料至关重要。周楠等将GEP作为石墨烯分散剂，成功提高了石墨烯在有机溶剂里的分散性，且GEP可参与反应，进一步提高了涂层的稳定性。
Parhizkar等用三氨丙基三甲氧基硅烷(APTES）修饰GO，APTES修饰GO不仅有共价键作用（氨基与GO）同时也存在硅醇基与经基和梭基发生缩聚反应，提高了GO在环氧树脂中的分散性，同时也提高了防腐性能。
Zheng等通过高分子缩聚反应将脲醛嫁接在GO片层上，提高了其在环氧树脂中的分散性及防腐蚀性能。
Ramezanzadeh等通过共价键将对苯二胺成功修饰了GO，且的到混溶性良好的环氧树脂防腐涂料，在防腐性能上得到很大的提升。
本文不仅将GO只作为特殊功能的填料，而且将FGO作为反应对象研究。该KH56O修饰和GEP相结合有效抑制了石墨烯的二次推叠，而后制得粉体FGO，将FGO加至粉末涂料中，从而得到具有优异分散性和防腐性能的石墨烯防腐粉末涂料。
2、实验部分
2.1 实验原材料
KH-560、醋酸、没食子酸、环氧氯丙烷、Na0H、NaCI、四丁基溴化铵、四氢呋喃（THF):分析级，国药集团化学试剂有限公司；
环氧树脂E-12：工业级，湖南岳阳化工厂；
硫酸钡：工业级，常州丰硕化工有限公司；
钛白粉：工业级，上海杜邦化工（国际）有限公司；
GO：工业级，第六元素材料科技股份有限公司。
2.2 实验过程
2.2.1 FGO的制备
将5gGO(GO经超声剥离6h形成少层GO) 500gTHF高速分散10min后，置于超声设备中。
KH560(1.％、2.％、3.％、4.％、5.%，相对于GO的质量）用量，0.5g醋酸加入四口烧瓶中，40℃水浴反应8h，加入15gGEP(GEP的制备详见引用文献l)，搅拌均匀后，采用低温冷却干燥，得粉末状FGO。
2.2.2 GO防腐粉末涂料及涂层的制备
表1为粉末涂料的基础配方，上述制备的FGO粉末直接加至粉末涂料中搅拌均匀，过筛（200目）即得FGO防腐粉末涂料。
采用静电喷涂法，将粉末喷涂于冷轧板上，在200℃下，固化10min，即得FGO防腐粉末涂层，漆膜厚度约为70~80μm。
2.2.3 分析与测试
采用东莞普赛特检测设备有限公司的PT-705-B接触角测量仪测定涂层的水接触角；
采用Carizeiss SUPRA55场发射扫描电镜观察复合材料；
采用Q-FOG CCT-1100盐雾试验测试盐雾性能；
采用QCJ型涂膜耐冲击器测试涂层性能；
按HG/T 2006-2006测试涂层性能。
3、结果与讨论
3.1 KH-560用量对GO分散性的影响
按2.2.1节，用K-560对GO进行修饰，考察KH-560用量对GO分散性的影响，结果见图2。
由图2可见，当KH560用量为0时，GO堆积量少，分散性较好，当用量为4.0％时，堆积量最大。
即随着用量的增加，GO堆积量呈增加的趋势，分散性降低。当KH560用量较少时，水解后只包覆在GO表面，KH560之间未发生反应，降低了GO的π-π相互作用，从而提高了分散性。
当KH560用量较多时，不仅与GO发生缩聚反应，同时发生自缩聚反应，从而使GO发生堆叠团聚现象。
3.2 FG的制备及表征
通过红外光谱分析GO、KH560-GO和固化完成后涂层的结构变化，结果如图3所示。
图3中曲线a在3430cm-1 1740cm-1，和1025cm-1的吸收峰分别对应的是-OH，C=OH和C-O-C的特征峰，在1640cm-1和1410cm-1的吸收峰对应的是-(C=O）-和-COO-的特征峰。
曲线b在1035cm-1的吸收峰为Si-O-C的特征峰，表明GO已被KH560修饰，与曲线a对比，在1740cm-1和1410cm-1的特征峰消失或者变弱，表明GO已被KH560修饰；
在810cm-1，和1130cm-1的吸收峰为Si-O-Si的特征峰，表明KH560水解后分子之间发生反应；
在915cm-1的吸收峰为环氧基的特征峰，表明了KH560的存在。曲线c在12l0cm-1吸收峰是C-N的特征峰，在1540~1570cm-1之间未发现N-H的吸收特征峰，且在915cm-1处未发现环氧基的吸收特征峰，表明双氰胺与环氧基完全反应。
3.3 FG用量在粉末涂料中分散性稳定性的影响
按2.2.2节，用FGO制备成粉末涂料，考察KH560用量对石墨烯在粉末涂料中分散稳定性的影响，其中FGO的用量固定为7.5%，结果如图4所示。
由图4可见 FGO的分散稳定性随着KH560用量的增加呈先升高后降低的趋势。当KH560用量较少时，GO未被完全包覆，从而导致GO在粉末涂料中团聚，呈现出黑色的颗粒。
即使筛除颗粒，在喷涂过程中也易出现堵枪及涂层不平整现象。随着用量的增加，GO完全被包覆，将降低了GO的π-π相互作用，使GO在粉末涂料中分散性达到最佳，喷涂流畅，涂层平整光滑。
当用量过高时，在修饰过程中，GO即出现堆叠，如图2E所示，当添加至粉末涂料中时，因其本身粒径过大，吸附小粒径的粉末，从而形成更大的颗粒，降低了粉末的使用性。
综上所述当KH560用量为3.0％时，分散稳定性最佳。以下实验皆用3.0%KH-560修饰的GO。
3.4 FGO用量对涂层基本性能的影响
按1.2.2节，用表l中的配方，考察FGO用量对涂层性能的影响。按HG/T 2006-2006测试涂层性能，结果如表2所示。
由表2可得，随着FGO用量的增加，涂层性能全面提升。
GO具有良好的韧性和硬度，所以随着用量的增加，硬度和附着力也随之增加但耐冲击、弯曲和杯突性能呈先提升后降低的趋势。
涂层机械性能的提升一方面是因为KH560的环氧基可与双氰胺发生反应，提升了GO在涂层中的稳定性，进而提升了涂层的硬度及韧性；
另一方面是因为GO对高分子具有吸附作用，提高了涂层的有序性，使涂层结构缺陷大大降低并提高了涂层的致密性，且用量的增加使其相互连接形成完整的GO层，从而提高了机械性能。
但用量过高时，石墨烯层的厚度增加使涂层硬度有余而韧性不足，进而降低了涂层的耐冲击、弯曲和被突等机械性能。
3.5 FG用量对涂层耐腐蚀性的影响
结合表2和图5可得，随着FGO用量的增加，耐盐雾性能也随之增加，涂层的疏水性也随着增加。FGO可有效增强涂层的有序性，进而提高涂层的致密性。
当用量较少时，在一定程度上可起到物理阻隔的作用，但GO在涂层中未形成连续的GO层，导电性不足，所以耐盐雾性能提升并不显著；
当GO用量较多时，在涂层中形成GO层，可有效阻隔屏蔽效应，连续的GO层可快速的将阳极反应失去的电子传递到涂层表面，使阴极不再发生电化学反应，进而降低了金属腐蚀的几率。
GO在涂层中的状态是千差万别的，并不能保证每一片GO皆可平铺于涂层之中，所以随着用量的增加，涂层的疏水性也随之增加，阻挡了水分子进入涂层的几率，提高了防腐蚀性能。
综合表2和图5可得，当FGO用量为7.5％时，涂层性能最佳。
4、结论
(1）本文采用KH560修饰GO，成功的提高了GO在粉末涂料中的分散稳定性，且当KH560用量为3.0 wt.％时；FG用量为7.5％时；分散稳定性最佳，喷涂流畅，涂层光滑平整。
(2）随着GO用量的增加，涂层机械性能显著提升。附着力从1级增至O级；耐冲击从50cm增至75cm；杯突性能从6mm增至7mm。
(3）随着GO用量的增加，涂层的化学性能显著提升。耐碱性从168h提升至33Oh；耐酸性从240h提升至395h；耐湿热性从5OOh提升至680h；耐盐雾性从500h提升至1253h。
(4）当FGO用量为7.5％时，涂层性能最佳。
