【文獻解讀】木質素改性石墨烯可用於水性環氧防腐塗料,延緩基材的腐蝕速率

2021-01-17 塗料工業

木質素作為可再生生物質材料,在木材中佔35%的比重。利用木質素生產高附加值產品正受到越來越多的關注。為了保持石墨烯的sp2雜化,許多研究者嘗試用木質素分散石墨烯,通過復配得到性能優良的複合材料。根據以往的研究,由於木質素的兩親性以及木質素與石墨烯之間的π-π相互作用,使得木質素在水中分散石墨烯成為可能。目前,在改性木質素的輔助下研究分散良好的石墨烯在水性環氧樹脂中的防腐性能是一項很有意義的研究。


中國科學院纖維素化學重點實驗室Shan Wang等報導了一種利用木質素製備石墨烯基水性環氧納米複合材料的新方法。改性木質素與石墨烯之間存在非共價相互作用,提高了納米複合材料的分散性和穩定性。將木質素/石墨烯分散體作為添加劑添加到水性環氧樹脂中,增強了納米複合材料的抗腐蝕性能。

研究內容


1.羥基化木質素(lignin- OH)的合成


為了增加木質素中羥基含量,根據之前的研究製備了lignin- OH。將10g溶解於40mL DMF的木質素、50g 48%的氫溴酸溶液加入到反應器中,在115℃下反應20h。最後,後處理得到3.22g暗黑色粉末。


2.水性石墨烯分散體的製備


在前人研究的基礎上,通過改性合成了石墨烯分散體。具體方法為,將0.5 mg/mL的lignin- OH加到玻璃破碎機中。溶液pH保持在8-9,lignin- OH溶液浸泡超聲15min。在lignin- OH溶液中加入40mg/ mL石墨,在25℃下攪拌15min,冰浴超聲6h。將產生的分散體放置24小時,然後在1000rpm下離心30分鐘。獲得上清液。將lignin- OH /石墨烯分散體通過硝化纖維素膜(孔徑0.22μm,直徑47mm)真空過濾,並多次洗滌去除游離的lignin- OH。得到的物質再分散到水中,得到不含游離lignin- OH的飽和分散體。分散體溶解度為1.07 mg/mL。

3.防腐塗料的製備(羥基化木質素/石墨烯/水性環氧樹脂)


在水性固化劑PLR736中加入一定量的飽和羥基化木質素/石墨烯分散體,混合5min,超聲5min。將水性環氧樹脂和少量異丙醇在攪拌下加入到上述混合物中,然後在30℃以下的冰浴中超聲15分鐘,形成均勻的體系。在真空乾燥箱中室溫脫氣10min,以除去氣泡。用塗布機將混合物塗在q235鋼表面,50℃烘烤5h。塗層厚度控制在50±5μm,製備的塗層分別命名為0.5%羥基化木質素/石墨烯/水性環氧樹脂(木質素佔總質量的比例0.5%)和1%羥基化木質素/石墨烯/水性環氧樹脂。為了比較,0.5%石墨烯/水性環氧樹脂也以類似的方式命名。納米複合塗層的具體製備方法如圖1所示。

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