磺化石墨烯增强水性腰果酚环氧涂层的绿色合成与卓越防腐性能研究

为解决传统石油基环氧涂料的环境污染问题及提升水性涂料的防腐性能，研究人员通过绿色化学方法开发了以腰果酚环氧树脂为基质、磺化石墨烯(SG)为纳米填料的水性防腐涂层体系。实验表明0.5 wt% SG添加量的涂层低频阻抗(|Z|0.01 Hz )达2.96×109 Ω·cm2 ，较未改性涂层提升一个数量级，且经720小时电化学阻抗谱(EIS)测试仍保持稳定。该研究为高性能环保防腐涂料提供了创新设计思路。

　　

金属腐蚀每年造成全球数千亿美元经济损失，传统石油基环氧树脂不仅依赖不可再生资源，其原料双酚A(BPA)更存在内分泌干扰风险。随着环保法规日益严格，开发兼具可持续性和高性能的水性防腐涂料成为材料科学领域的重要挑战。腰果酚作为腰果加工副产品，因其独特的苯酚结构和长链烯烃侧链，成为开发生物基环氧树脂的理想原料。然而水性环氧涂层固化时易产生微观缺陷，导致防腐性能下降，亟需通过纳米材料改性突破技术瓶颈。

北京化工大学的研究团队创新性地将磺化还原氧化石墨烯(SG)引入腰果酚基水性环氧体系，通过核磁共振(NMR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术证实了SG的成功制备。相转化乳化工艺使纳米填料均匀分散，扫描电镜(SEM)显示0.5 wt% SG添加量时形成致密三维网络结构。电化学测试表明该涂层低频阻抗值达2.96×10⁹
Ω·cm²
，较空白组提升10倍，且720小时浸泡后阻抗模值仅下降半个数量级。划痕盐雾试验中，改性涂层360小时后腐蚀扩展宽度仅为对照组的1/3，证实SG通过物理屏障和电化学协同作用显著提升防护性能。

材料表征部分通过¹
H NMR谱图证实腰果酚侧链双键(5.3-5.5 ppm)经环氧化反应后基本消失，傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示911 cm^-1
处环氧基特征峰的出现。X射线衍射(XRD)分析显示SG的(002)晶面间距从氧化石墨烯的0.83 nm缩小至0.37 nm，证实了有效的还原过程。

机械性能测试显示0.5 wt% SG使涂层硬度提升27%，附着力达1级。SEM截面形貌分析揭示过量SG(1.0 wt%)会导致纳米片团聚，反而降低性能。

防腐机制部分通过等效电路模型拟合EIS数据，发现SG改性涂层电荷转移电阻(R_ct
)比空白组高两个数量级，且双电层电容(Q_dl
)降低86%，证实其能有效阻碍腐蚀介质渗透。

该研究首次将绿色化学原理贯穿于生物基树脂合成、纳米改性和水性化工艺全过程，开发的涂层体系兼具VOCs零排放、可再生原料利用和长效防腐三重优势。国家船舶材料重点实验室的资助项目(JS220408)表明该技术在海洋防腐领域具有明确应用前景，为替代传统溶剂型环氧涂料提供了完整解决方案，对推动化工行业绿色转型具有示范意义。