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水性涂料因其特有的安全环保优势在最近备受关注。同时,石墨烯作为一种二维层状纳米碳材料,具有化学稳定性高、阻隔性好和气液渗透性低等优点,是当前防腐改性剂的研究热点之一。本论文针对石墨烯应用于水性防腐涂料中存在的水分散性不高、相容性不好和可能引起电偶腐蚀等问题,采用具有还原-稳定效果的还原剂,通过原位反应-复合方法的设计,并结合智能纳米控释技术,制备出一系列具有良好水分散性的二元和三元还原氧化石墨烯纳米复合材料(rGO-NC),对其结构和性能进行了全面表征。将制备的rGO-NC作为防腐改性剂,用于水性复合防腐涂料的制备,对涂层在介质中的防腐行为开展了系统研究,发现主动-被动协同防腐机制可以有效提升涂层防腐性能。此外,作为本论文原位反应-复合方法的进一步延伸,还设计并通过原位同步还原凝聚法制备了具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应和催化还原功能的rGO-NC。论文的主要工作如下:1、rGO-NC(BTA@SN-rGO)的原位溶胶凝胶法制备及对水性防腐涂料的改性研究:以氧化石墨烯(GO)为原料,利用天然抗氧化剂芦丁为还原-稳定剂,制备芦丁-还原氧化石墨烯(R-rGO)。在R-rGO的水分散体中引入溶胶凝胶反应前驱体、模板导向剂以及苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂,实现含BTA的二氧化硅纳米容器(BTA@SN)向R-rGO的原位负载,并对所得BTA@SN-rGO的结构进行了表征。在优化的初始投料比条件下,BTA@SN-rGO可以在水中形成稳定的分散体系,其中所含的BTA在酸性介质中表现出加速释放行为。将BTA@SN-rGO加入自制环氧-丙烯酸聚合物乳液,制备水性复合防腐涂料,并应用于碳钢表面,当添加量为0.25 wt%时,涂层的耐介质性能显著提升。划痕涂层浸泡实验发现,BTA在破损处响应性释放后可以形成钝化膜,实现防腐自修复。通过电化学测试对涂层的浸泡和失效过程进行表征,动电位极化、电化学阻抗和等效电路模型拟合结果都表明,石墨烯的阻隔效应和由缓蚀剂智能释放所带来的自修复效应之间有协同增强作用,使涂层的防腐性能提高。2、rGO-NC(HNTs-rGO)的原位还原凝聚法制备及对水性防腐涂料的改性研究:以GO为原料,单宁酸为还原-稳定剂,利用GO的还原为凝聚触发条件,实现了埃洛石纳米管(HNTs)-rGO纳米复合物的一步制备,并对产物结构进行了表征。所形成的HNTs-rGO可以在超声条件下分散到水中,形成稳定的水分散体。将HNTs-rGO加入自制环氧-丙烯酸聚合物乳液中,当添加量为0.5 wt%时,所得到的涂层在酸、碱、盐中的耐介质性与BTA@SN-rGO添加量为0.25 wt%的改性涂层相似,在去离子水中其耐介质性进一步提高。通过涂层的电化学测试,发现HNTs-rGO使涂层的阻隔性大幅提高,1D/2D纳米复合物的微观形态复杂性增加了腐蚀粒子扩散路径的曲折性。3、HNTs-rGO对缓蚀剂的负载及主动-被动协同水性复合防腐涂料的制备和研究:利用HNTs的空心管状结构,通过真空辅助法,实现缓蚀剂L-组氨酸(L-His)向HNTs-rGO的负载,制备出L-His@HNTs-rGO纳米复合物,并对其结构进行表征。该复合物的水分散性得到了进一步改善,可以在搅拌条件下快速分散在水中,形成稳定的水分散体。与BTA对比,发现L-His在HNTs-rGO上的负载量更大且在酸性和碱性条件下均能表现出显著的加速释放行为。将L-His@HNTs-rGO分别加入自制环氧-丙烯酸聚合物乳液和商业化的环氧乳液中,其与两种水性聚合物基体都表现出良好的相容性。当添加量达到1 wt%时,涂层的耐介质性能相比纯聚合物涂层,增幅可达106%(酸)、95%(碱)、128%(盐)和421%(去离子水),显著高于前述各涂层。结合划痕涂层浸泡实验、电化学测试以及等效电路模型拟合结果,我们发现,L-His响应性释放所引发的自修复主动智能防腐作用和HNTs-rGO所带来的高阻隔被动防腐作用相互协同,以纳米复合材料的形式实现了 L-His@HNTs-rGO防腐改性效果的最优化。4、rGO-NC(Ag-rGO)的原位同步还原凝聚法制备及SERS和催化性能研究:以GO为原料,AgNO3为前驱体,芦丁为还原-稳定剂,通过GO和AgNO3的同步还原和原位凝聚,得到Ag-rGO纳米复合物,并对纳米复合物的结构进行了表征。将所制备的纳米复合材料用作SERS基底和催化剂,通过拉曼光谱测试、紫外-可见光光谱测试以及对反应动力学的跟踪和与Ag纳米粒子的对比,发现在优化条件下,纳米Ag经与石墨烯原位复合后,SERS和催化性能均有所提升,同时,Ag-rGO的添加量对催化还原速率有显著影响。