摘 要

石墨烯具备优良的导电性能和导热性能,是目前炙手可热的一种碳材料。乙烯基树脂广泛应用于聚合物基复合材料的基体上，具备优良的耐腐蚀性能、粘结性能和高的比强度。石墨烯乙烯基树脂复合材料能够兼顾二者的优势,但石墨烯因同乙烯基树脂相容性较差,且石墨烯在乙烯基树脂中分散性较差,所以需要对石墨烯进行改性。

本论文以石墨烯、偶氮二异丁腈、N-N二甲基苯胺和十二烷基磺酸钠为原料，通过超声等手段完成功能化石墨烯的制备。红外光谱的结果，证明偶氮二异丁腈分解产生的自由基已经共价接枝到了石墨烯的表面上。从而成功地实现了利用偶氮加成对石墨烯的共价功能化改性。同时以功能化石墨烯为原料制备了改性石墨烯乙烯基树脂防腐涂层材料，并进行了一些的性能测试和表征。

实验结果表明：经过对偶氮功能化石墨烯乙烯基树脂复合材料进行拉伸实验、粘结力测试实验及泡酸测试实验，发现，在石墨烯含量为1%时，树脂浇铸体拉伸强度为25.77MPa，比纯乙烯基树脂减小了约12.9%，弹性模量达到1287.85MPa，比纯乙烯基树脂增大了约17.7%，拉伸剪切强度达到8.92MPa，比纯乙烯基树脂减少了约27.4%，吸水率达到了0.57%，相比纯乙烯基树脂的吸水率降低了75.4%。减重率最低且为0.68%，比纯乙烯基树脂减少了39.8%。综合得出结论，石墨烯含量为1%的石墨烯改性防腐涂层力学性能较好、防腐性能较优。

关键词：石墨烯；改性；偶氮功能化；防腐涂层

Abstract

Graphene has excellent electrical conductivity and thermal conductivity, is currently a hot carbon material.Vinyl resin is widely used in the matrix of polymer matrix composites, which has excellent corrosion resistance,bond strength and high specific strength.Graphene vinyl resin composite material to the advantage of both,but graphene with vinyl resin compatibility is poor,and graphene in vinyl resin dispersion is poor,so the need for modification of graphene.

The graphene, azo bis isobutyronitrile,N-N dimethylaniline and dodecyl sulfonic acid sodium as raw material,by means of ultrasound to complete preparation of functionalized graphene.The results of infrared spectroscopy proved that the decomposition of azo bis isobutyronitrile radical is covalently grafted to on the surface of graphene.In order to achieve the successful use of the covalent functionalization of azo and paired graphene.At the same time, modified graphite vinyl epoxy resin anticorrosive coating material was prepared by using the functional graphene as raw material,and the performance test and characterization were carried out.

Experimental results show that: after tensile test and adhesion test and bubble acid test experiments are carried on azo functionalized graphene vinyl resin composite materials,found, in graphene content is 1%, resin casting body tensile strength and achieve the 25.77MPa,than pure vinyl resin decreases about 12.9%, elastic modulus and reached 1287.85MPa,than pure vinyl resin increases the approximately 17.7%,tensile shear strength reached 8.92MPa,than pure vinyl resin decreases about 27.4%,water absorption rate reached 0.57%,compared to pure vinyl resin water absorption rate can be decreased by 75.4%.The lowest weight loss rate was 0.68%,which was 39.8% lower than that of the pure vinyl resin.It was concluded that the mechanical properties and corrosion resistance of the modified anticorrosive coatings with graphene content of 1% were better than that of the modified anticorrosive coatings.

Key Words： graphene;modified; azo functionalization; anticorrosive coating

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 1

第1章 绪论 1

1.1 石墨烯概述 1

1.1.1 石墨烯的结构 1

1.1.2 石墨烯的性质 2

1.1.3 石墨烯的制备 3

1.2 石墨烯的功能化改性概述 3

1.2.1 石墨烯的共价功能化 4

1.2.2 石墨烯非共价功能化 5

1.3 石墨烯防腐涂层的研究现状 6

1.4 本研究课题的意义及内容 7

1.4.1 选题意义 7

1.4.2 研究内容 8

第2章 石墨烯的偶氮功能化改性 9

2.1 实验原料与仪器 9

2.1.1 实验原料 9

2.1.2 实验仪器及设备 9

2.2 实验部分 9

2.3 傅里叶变换红外光谱分析 9

2.4 红外光谱结果分析 10

2.5 本章小结 12

第3章 石墨烯改性防腐涂层的制备及测试 13

3.1 实验原料与仪器 13

3.1.1 实验原料 13

3.1.2 实验仪器及设备 13

3.2 实验部分 14

3.2.1 功能化石墨烯乙烯基树脂复合材料的制备 14

3.2.2 树脂浇铸体拉伸试样的制备 14

3.2.3 粘结力测试试样的制备 14

3.2.4 泡酸实验 15

3.3 实验结果分析 15

3.3.1 拉伸性能测试及结果分析 15

3.3.2 粘结力性能测试及结果分析 17

3.3.3 粘结力测试试样断面形貌分析 18

3.3.4 泡酸性能测试及结果分析 18

3.4 本章小结 20

第4章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 石墨烯概述

经典理论认为，二维晶体在有限温度下都不能稳定存在^[1]，石墨烯只在理论上大概存在。然而在2004年由英国科学家Geim等^[2]人使用简单机械剥离法取得的稳定存在的石墨烯却颠覆了该理论，这一发现开创了碳材料研究的新纪元。

1.1.1 石墨烯的结构

石墨烯是一种正六边形单原子层二维晶体^[3]。它是由碳原子以SP²杂化的体例结合而成，碳原子均匀分布于蜂窝状点阵单位内。这种密聚集结构也是其他碳材料的基本布局单元。在该布局中，每一个碳原子经由过程σ键同其余三个碳原子相连，同时该碳原子残余的π电子与其他碳原子的π电子构成离域大π键，该区域内，电子可自由活动，便可有自由电子，是以石墨烯具备优良的导电性。另外，经多种方式丈量，石墨烯薄片厚度为0.35-1.0nm，该成果和理论计量值0.35nm相当^[3]。