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          浙江大學肖仁貴Prog. Org. Coat.:PANI/RGO/CePO4復合材料用于提高環氧樹脂涂層的耐腐蝕性能

          2023-06-20   易絲幫

          本文介紹了一種通過使用納米填料同時提高環氧樹脂涂層阻隔性和腐蝕抑制性的改性方法。在該方法中,首先利用原位聚合反應在還原氧化石墨烯(RGO)上生長聚苯胺(PANI)納米纖維,然后通過水熱反應將磷酸鈰(CePO4)納米顆粒直接修飾到聚苯胺/還原氧化石墨烯(PANI/RGO)復合材料上,成功制備了一種新型疏水、耐腐蝕的PANI/RGO/CePO4納米復合材料。通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見光譜(UV-Vis)、X射線衍射(XRD)、X光電子能譜(XPS)和場發射掃描電子顯微鏡(SEM)進行了物理和化學表征。將PANI/RGO/CePO4納米材料復合到環氧樹脂中,并噴涂在Q235碳鋼上,通過交流阻抗譜和鹽霧試驗測試了其耐腐蝕性能。結果表明,PANI/RGO/CePO4納米復合材料提高了環氧樹脂的阻隔性能。此外,腐蝕前后的X射線光電子能譜(XPS)顯示,復合材料中CePO4釋放的鈰離子和磷酸根離子具有緩蝕作用。它在低碳鋼上形成了氧化鈰和磷酸鐵緩蝕膜,并切斷了電解液和基材之間的直接接觸。研究證實,這種納米材料負載環氧樹脂涂層可以極大提高復合材料的抗腐蝕能力。

           

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          圖1.PANI/RGO和PANI/RGO/CePO4納米材料制備示意圖。


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          圖2.(a)PANI、RGO、CePO4、PANI/RGO和PANI/RGO/CePO4納米材料的FT-IR光譜。(b)RGO和PANI/RGO/CePO4納米材料的紫外-可見光譜。


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          圖3.PANI、GO、RGO、PANI/RGO和PANI/RGO/CePO4納米材料的XRD圖譜。


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          圖4.(a)PANI/RGO/CePO4納米材料的整體XPS全掃描,以及Ce3d(b)、O1s(c)、P2p(d)和C1s(e)的高分辨率XPS光譜。


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          圖5.PANI(a)、RGO(b)、PANI/CePO4復合材料(c)和PANI/RGO/CePO4復合體(d)的SEM圖像。(e)PANI/RGO/CePO4納米材料的EDS圖譜分析。


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          圖6.PANI/RGO(a1-a4)和PANI/RGO/CePO4(b1-b4)納米復合材料在不同溶劑中的穩定性(1:去離子水,2:乙醇,3:1-甲基-2-吡咯烷酮,4:二甲基甲酰胺)。


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          圖7.浸漬在3.5wt%NaCl溶液中的無缺陷純環氧樹脂、PANI/RGO/CePO4/環氧樹脂和PANI/RGO/環氧樹脂樣品的Bode圖(a1)和相位角與頻率(a2)。(b1)環氧樹脂和(b2)PANI/RGO/CePO4-環氧樹脂涂層保護示意圖。


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          圖8.純環氧樹脂(a)、CePO4(b)、PANI/RGO(c)和PANI/RGO/CePO4(d)涂層的水接觸角。


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          圖9.不同PANI/RGO/CePO4樣品的奈奎斯特圖(a)、Bode圖(b)以及阻抗模量與頻率的關系。(c)不同PANI/RGO/CePO4樣品的相位角與頻率的關系。


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          圖10.20天后,對純環氧樹脂(a1-a4)、PANI/RGO/環氧樹脂(b1-b4)和PANI/RGO/CePO4/環氧樹脂(c1-c4)樣品進行鹽霧試驗。


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          圖11.具有人工缺陷的純環氧樹脂(a1,a2)、PANI/RGO/環氧樹脂(b1,b2)和PANI/RGO/CePO4/環氧樹脂樣品(c1,c2)(長度為10mm)浸入3.5wt%NaCl溶液中不同時間的奈奎斯特、Bode圖以及相位角與頻率的關系。(d1,d2)電氣等效電路模型。


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          圖12.純環氧樹脂、PANI/RGO/環氧樹脂和PANI/RGO/CePO4/環氧樹脂樣品的|Z|0.01Hz值與浸漬時間的關系。


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          圖13.(a)腐蝕試驗前后的整體XPS。(b-e)腐蝕后PANI/RGO/CePO4涂層下的碳鋼抑制膜中各元素的XPS光譜。


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          圖14.PANI/RGO/CePO4納米片在環氧樹脂基體中的阻隔和活性抑制機理。

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