石墨烯改性氟碳樹脂的應用研究

李秀娟，王守程，管洪宇，王新潮 （菏澤學院，山東菏澤 274015）

0 引言

氟碳樹脂（FEVE）具有卓越的耐候性、化學穩(wěn)定性、機械強度以及防沾污性。擁有以上這些優(yōu)異性能的氟碳涂料在各個應用領域受到了廣泛關注［1-3］。

石墨烯因其特殊的碳原子sp2雜化而形成的六角形蜂窩狀晶格的平面薄膜，具有優(yōu)良的比表面積、硬度、抗拉伸性能等。其自2004年問世以來，受到了極大的追捧，尤其是在金屬防腐領域應用廣泛［4-5］。

石墨烯改性氟碳涂料，具有優(yōu)良的硬度、附著力、耐鹽霧性、耐酸堿性、耐老化性等，能夠極大地提升金屬的防腐效果，具有廣闊的應用市場［6-7］。

1 試驗部分

1.1 原料和儀器

原料：含氟單體（TFEMA），北京佰源化工；甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸正丁酯（nBA）、丙烯酸（AA）、過硫酸銨（APS），均為化學純，阿拉丁試劑；反應性乳化劑（SE-10N），ADEKAREASOAP；石墨烯漿料（＜10 nm），山東安固強；氟碳合成樹脂乳液，自制；金紅石型鈦白粉、三聚磷酸鋁、云母粉、磷酸鋅，河北鑫盛化工；分散劑、潤濕劑、防凍劑、消泡劑、增稠劑、成膜助劑、防腐劑，BYK；蒸餾水或凈水，自制。

儀器：紅外光譜儀（Thermo Scientific）；SEM（掃描電子顯微鏡）；馬爾文粒徑分析儀；CFJ-0.4高速分散機；IAK攪拌器；震蕩機。

1.2 氟碳乳液的設計與合成

按表1所列配方，將液態(tài)單體、乳化劑（SE-10N）、去離子水按一定比例混合，常溫下高速攪拌預乳化，再將預乳化液倒入反應釜中，加入一定量的引發(fā)劑、去離子水，開啟攪拌及加熱控溫裝置。控制攪拌速度200～300 r/min、反應溫度80 ℃下反應2～3 h，待反應結束，加入適量pH調(diào)節(jié)劑和去離子水，調(diào)節(jié)體系固含量與黏度，制得乳白色泛藍光的均勻氟碳乳液。粒徑分析顯示，乳液體積平均粒徑為0.186 μm，表面積平均粒徑為0.176 μm。

1.3 石墨烯改性氟碳防腐涂料的制備

按一定配比將不同填料及乳液高速攪拌分散，制得氟碳改性防腐涂料，將氧化石墨烯漿料按照氧化石墨烯干粉1%的添加量加入，制得石墨烯改性防腐涂料。并且將樣品噴涂于事先打磨好的碳鋼板上（GB/T 9271—2008），干膜厚度（50±5）μm（GB/T 13452.2—2008）。接著將噴涂好的樣板置于25 ℃環(huán)境下養(yǎng)護7 d后進行SEM分析和性能檢測（GB/T 9278—2008）。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

對氟碳單體、氟碳改性乳液以及普通純丙乳液進行紅外光譜分析，結果見圖1。

由圖1可見，在1 450 cm-1處為—CH2的振動吸收峰，在1 745 cm-1，1 160 cm-1處為酯基的—C=O和C—O鍵的振動吸收峰；與普通純丙乳液相比，氟碳單體與氟碳改性乳液在1 279 cm-1處有明顯的F—C伸縮振動峰，可見氟碳單體的接枝是成功的。

2.2 漆膜的SEM分析

石墨烯改性氟碳乳液漆膜的SEM照片見圖2。

圖2 石墨烯改性氟碳乳液漆膜的SEM照片F(xiàn)igure 2 SEM photo of graphene modified fluorocarbon emulsion film

由圖2可見，經(jīng)過石墨烯改性后的氟碳乳液漆膜呈現(xiàn)片狀堆積，能夠較好地附著在金屬表面［8-9］，石墨烯的加入可以明顯提高復合涂料漆膜的致密性和耐水性，有效防止水、氧氣等侵入基體表面，降低涂層的鼓泡和腐蝕程度，因而，能夠有效提升金屬的防腐能力。氟碳改性乳液與普通丙烯酸乳液漆膜的耐鹽霧性（GB/T 1771—2007）比較見圖3。

圖3 氟碳改性乳液與普通丙烯酸乳液漆膜的耐鹽霧性對比Figure 3 The salt spray tolerance comparsion between fluorocarbon modified emulsion and common acrylic emulsion film

漆膜性能檢測結果見表2。

表2 漆膜性能檢測結果Table 2 The test results of film performance

3 結語

石墨烯改性氟碳乳液制備的金屬防腐涂料既有氟碳涂料優(yōu)異的耐候性、耐沾污性和耐酸堿性，又兼具石墨烯的高強度和超耐候性，在原材料選用和配方設計上更有創(chuàng)新性與可操作性。而且該產(chǎn)品施工方便安全，VOC（揮發(fā)性有機化合物）含量較低，環(huán)保健康，符合防腐涂料的發(fā)展趨勢。