水性环氧树脂具有比油性环氧树脂更低的VOC含量,且用水作分散介质,不会污染环境,符合国家可持续发展战略。但是水性环氧树脂成膜性和耐水性差,对氧气和水分子等腐蚀性介质的屏蔽效果不好,严重限制了其应用。石墨烯是新兴的二维纳米材料,将其作为纳米填料能够克服水性涂料存在的一些问题,在防腐领域具有较好的应用前景。本论文对比研究了氧化石墨烯、石墨烯和混合石墨烯分散液及石墨烯粉体在水性环氧树脂防腐涂料中的应用技术与效果,研究结果对石墨烯在水性防腐涂料中的应用有较大意义,具体如下:(1)采用本课题组发明的超重力法制备石墨烯技术制备石墨烯(R-RGO)悬浮液和氧化石墨烯(R-GO)悬浮液,用共混浓缩法制备石墨烯/水性环氧树脂复合涂料。由极化曲线分析发现,水性环氧树脂(WEP)保护效率(η)只有82.1%,氧化石墨烯/水性环氧树脂(1%R-GO/EP)和石墨烯/水性环氧树脂(1%R-RGO/EP)的η分别达到99.5%和99.9%。EIS的分析结果进一步验证了上述结论。WEP与NaCl溶液的接触角53.1°,1%R-GO/EP与NaCl溶液的接触角减小到45°,1%R-RGO/EP与NaCl溶液的接触角达到106.9°,涂层呈疏水性。WEP耐盐水测试41天后,涂层开始起泡脱落,R-GO/EP测试84天后观察到基底被腐蚀,R-RGO/EP测试135天后观察到涂层脱落、基底腐蚀等情况。还原氧化石墨烯能够增强水性环氧树脂涂料的防腐性能,其机理为:第一,石墨烯能够填补WEP在固化时形成的孔洞,增强致密性;第二,还原氧化石墨烯增大了 NaCl溶液与涂层的接触角,涂层表面形成疏水层;第三,还原氧化石墨烯具有较好的导电性,可以将金属表面发生腐蚀产生的电子传递到涂层外部,涂层外的OH-和Cl-无法与金属接触发生腐蚀;最后,还原氧化石墨烯延长了腐蚀介质进入到基底的路径。(2)采用本课题组发明的定转子高速剪切法(HRSM)制备石墨烯技术制备混合石墨烯(MG)悬浮液,对混合石墨烯在水性环氧树脂防腐涂料中的应用进行了研究。SEM图可观察到石墨烯在WEP中分散较好;涂层的腐蚀电流(Icorr)小了两个数量级,腐蚀电压(Ecorr)提升了 52%。复合涂料与NaCl溶液的最大接触角可达103°,形成疏水涂层;虽然采用HRSM制备石墨烯(H-G)的电导率是R-RGO的300多倍,但是对涂层的防腐性能影响不大,表明导电率对防腐性能不起决定作用。(3)对石墨烯粉体在水性环氧树脂涂料中的分散工艺进行了研究。LS作为分散剂可以将超重力氧化还原法制备的还原氧化石墨烯分散到水性环氧树脂A组分,超声3 h可得石墨烯分散较好的复合涂料。涂层附着力和硬度测试表明分散剂对复合涂料的物理性能没有任何影响。对比了几种分散剂的性能,LS的分散效果最好。含有1%石墨烯粉体的水性环氧树脂复合涂料涂料的Ecoor提升了 57.8%,Icorr降低了三个数量级。