Page 35 - 2025水性涂料虚拟专辑

干思 等：石墨烯/云母氧化铁在水性环氧涂料中的协同屏蔽性能及机理研究

W-G MIO 和 W-G MIO ，说明单独加入云母氧化铁 层电容，R 为电荷转移电阻。采用等效电路对以上
0. 2 0 0 0 ct
的水性环氧涂层（W-G MIO ）防护性能最优。由 4种涂层的电化学数据进行拟合分析，结果见表2。
0 20
图 2（b）可知，在低频时 W-G MIO 涂层的阻抗模值
0 20

最高，W-G MIO 和 W-G MIO 较接近，W-G MIO
0. 2 20 0. 2 0 0 0

最低。说明各涂层防护性能优劣顺序：W-G MIO >
0 20
W-G MIO >W-G MIO >W-G MIO 。
0. 2 20 0. 2 0 0 0

结合图 2（a）和图 2（c）可以看出，测试的涂层体
系有 2 个时间常数，因此选择如图 3 所示的等效电 图3 涂层在浸泡期间的等效电路
路，其中 为涂层电容， 为双电层电容，R 为溶液
c dl s Fig. 3 The equivalent circuit model used to fit EIS diagrams of
电阻， 为涂层电容，R 为涂层电阻， 为涂层双电 coatings during immersion time
c c dl
表2 等 电 合 EIS 关 参数
Table 2 The relevant corrosion parameters fitted from the EIS spectrum by equivalent circuit

项目 W-G MIO 20 W-G MIO 20 W-G MIO 0 W-G MIO 0
0. 2
0
0
0. 2
R /（Ω·cm） 2. 63 15. 13 0. 02 25. 23
2
s
R /（Ω·cm） 3. 81×10 4 2. 95×10 4 3. 21×10 4 1. 94×10 4
2
c
/（F·cm ） 8. 12×10 -6 5. 83×10 -5 4. 12×10 -5 2. 71×10 -4
-2
c
R /（Ω·cm） 3. 12×10 4 2. 11×10 4 1. 01×10 4 4. 65×10 3
2
ct
/（F·cm ） 5. 89×10 -5 1. 83×10 -5 2. 41×10 -6 4. 52×10 -5
-2
dl
等效电路中的 代表水溶液渗透到涂层中的 知，加入石墨烯的涂层截面有细小片状结构均匀分
c
量，从表 2 可以看出，单独加入云母氧化铁的水性环 布，片层间呈无序排列，原均匀表面被 片状石墨烯
氧涂层（W-G MIO ）的 值最小，表明涂层抗介质渗 覆盖；由图 4（c）可知，云母氧化铁形貌呈类似长方形
0 20 c
透能力最强；R 表示涂层的孔隙阻力，其值越大说明 片状结构，与环氧树脂界面平滑无 皱，其分散集中
c
涂层孔隙越少或越小，涂层越致密，同时加入石墨烯 于涂层与基材交界处，堆 更加紧密，片层间取向性
和云母氧化铁的涂层（W-G MIO ）的 R 值小于单独 更明显。结合吸水率测试结果，可知较纯水性环氧
0. 2 20 c
加入石墨烯（W-G MIO）和单独加入云母氧化铁 涂层，无论是均匀无序分散的石墨烯还是集中紧密
0. 2 0
（W-G MIO ）涂层的 R 值，说明 2 种片层材料的相互 堆 的云母氧化铁，均能起到良好的屏蔽阻隔性能。
0 20 c
作用降低了涂层的致密性。 当水分子在涂层中扩散时， 散分布的石墨烯能延
2. 3 面微观形貌分析 缓其扩散速度，从而降低吸水率，但是石墨烯片层在
涂层的截面微观形貌如图 4所示。 涂层中的排列是随机的，无取向的，并没有发挥石墨
[16]
由图 4（a）可以发现，纯水性环氧树脂和固化剂 烯二维结构高厚径比/高比表面积 的优势；而集中
所得涂层截面较为均匀，但在涂层截面呈现出大量 在基材界面附近的云母氧化铁排列有序化程度更
的孔 ，这是由于环氧树脂在固化过程中水分挥发 高，堆 更加紧密，能更加有效地阻隔水分子向基材
造成的 。向环氧树脂中添加石墨烯或云母氧化铁 扩散。因此本实验所制备的涂层，添加 MIO 的水性
[15]
后，涂层的孔 明显减少[图 4（b）、（c）。由图 4（b）可 环氧涂层的吸水率小于添加 G的涂层的吸水率。
]

100 μm 3 μm 100 μm 5 μm 100 μm 20 μm
1 000× 16 000× 500× 8 000× 500× 2 000×
（a）—W-G MIO （b）—W-G MIO （c）—W-G MIO
0 0 0. 2 0 0 20
图4 几种水性环氧涂料的 SEM图像
Fig. 4 SEM image of several waterborne epoxy coatings
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