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中北大學王智教授團隊:基于粉煤灰基沸石/還原氧化石墨烯/苯并噁嗪的有效散熱防腐涂層
2024-08-19  來源:高分子科技

  聚苯并噁嗪(PBZ)是一種很有前途的熱固性樹脂,其高模量、高耐熱以及靈活的分子設計性等特點引起人們對不同領域的興趣,包括阻燃性、油水分離、防污和耐腐蝕性等。其中,PBZ的防腐性能日益受到重視。不過,隨著工業逐漸發展,在滿足防腐性能的同時,部分領域如換熱器,對涂層的導熱性能也提出了新的要求。不幸的是,有機涂層(環氧樹脂、酚醛樹脂等)的導熱性能始終較低,為了進一步同時提高防腐和導熱能力,在這些有機涂層中有效地分布無機顆粒仍然是當務之急。


  近日,中北大學王智教授課題組針對聚苯并噁嗪在涂層領域的導熱、防腐性能在《Progress in Organic Coatings》期刊發表名為:“Fly ash-based zeolite/reduced graphene oxide/polymer anti-corrosion coatings for efficient heat dissipation”的文章。該文章使用濕法球磨的方法,通過引入粉煤灰基沸石來輔助剝離還原氧化石墨烯(rGO),所得A-rGO顆粒有效減輕了還原氧化石墨烯的團聚現象,大大提高了無機顆粒在有機涂層中的分散性,從而增強涂層的導熱及防腐性能。制備流程如圖1所示。


1. A-rGO粒子的制備以及涂層的噴涂流程圖。


  通過SEM、EDS等表征證明rGO的成功分散,并利用XRD和拉曼測試分別評估了球磨對沸石顆粒和 A-rGO 結構的影響。在圖4a中也可看到,未改性 rGO 的 zeta 電位絕對值僅為 11.2,而通過濕法球研磨獲得的 A-rGO 分散體的 zeta 電位絕對值為 47.8,這表明體系的穩定性顯著提高,rGO 快速凝結或團聚的趨勢大大降低。



2. (a) 沸石, (b) rGO (c) A-rGOSEM圖像; (d-h) 中的圖像為圖 (i) EDS 元素分析:(d) C元素、(e) O元素、(f) Na元素和 (g) Al元素以及 (h) Si元素。



3. (a) A-rGO XRD 圖,(b) rGO A-rGO 的拉曼圖。



4:(arGO A-rGO 在水中的 Zeta 電位和(b)分散穩定性。


  利用掃描電鏡觀察了復合涂層致密的表面及乳凸狀結構,并結合白光干涉的三維表面形貌進一步驗證涂層表面結構和粗糙度的變化。同時,涂層橫截面的SEM圖像清晰的展現了導熱通道/防腐屏障的構建。結果表明,基于苯并惡嗪/A-rGO 的涂層(A-r-2),最高導熱系數高達 1.561 W·m-1K-1,比苯并惡嗪基涂層高出 676.1%,比相同含量的苯并惡嗪/rGO 涂層高出 159.7%。此外,A-r-2 涂層的低頻阻抗值達到 2.433 × 109 Ω·cm2,水接觸角高達 129.8 ± 0.2°。本研究設計的顆粒為制造具有高耐腐蝕性的高導熱復合涂層提供了一種新的添加劑,且涂層具有低填料比的特點。



5. 涂層的掃描電鏡圖像:(a)為 A-r-1 的表面形貌,(b)和(c)為其局部放大圖;(d)為 A-r-2 的表面形貌,(e)和(f)為其局部放大圖;(g)和(h)為 A-r-1 A-r-2 的水接觸角;(i-k)為 BrGO-2 A-r-2 的表面白光干涉圖。



6.a)不同涂層(BrGO-1rGO-2rGO-3A-r-1 A-r-2)的熱導率;(b)本研究工作與其他文獻的比較;(c-hBrGO-1rGO-2rGO-3A-r-1 A-r-2 的斷口截面形態的掃描電鏡圖像,以及(c1-h1)相應的放大圖像。



7. 不同樣品(1-6分別為BrGO-1rGO-2rGO-3A-r-1 A-r-2)的 ANSYS 傳熱分析: (a) 45 °C時的溫度變化,(b) 80 °C時的最終溫度變化。



8. (a) 不同樣品的奈奎斯特圖和等效電路圖,(b) 局部放大圖,(c) 3.5 wt% NaCl溶液中的極化曲線,(d) 涂層防護機理圖。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108739

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(責任編輯:xu)
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