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相较于阴极保护、缓蚀剂和金属基底改性等防腐蚀措施,有机涂层因其对腐蚀的有效抵御以及广泛的应用范围而被认为是性价比最高的防腐策略。聚氨酯涂料由于其优异的耐候性、耐化学性、高硬度、高光泽度,以及较强附着力而大量应用于工业防护、木器家具、汽车涂料等领域。传统的溶剂型聚氨酯涂料因使用各种有机溶剂作为分散介质,在生产和应用的过程中不可避免的会产生大量挥发性有机物(VOCs),会对人体和环境造成危害。随着人民生活水平的不断提高以及环境保护相关法律法规的健全,水性涂料替代溶剂型涂料已是大势所趋。水性聚氨酯(WPU)以水为分散体系,几乎没有VOCs排放,具备良好的耐候性与机械性能,但WPU所含有的亲水基团导致其耐水性能、防腐蚀性能均较差。通过添加纳米材料增强涂层的性能被广泛应用,少量的纳米材料即可有效提升涂层的性能。石墨烯具有出色的电学、光学、力学性能,超高的比表面积,因其优异的阻隔性能而在涂层防腐防水应用方面展现出巨大的潜力。然而,石墨烯层间的强范德华力导致其在聚合物中的分散性差,容易团聚。氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团,可以通过与有机物反应对石墨烯进行功能化改性,改善石墨烯与聚合物的相容性,同时也赋予了石墨烯片更多独特的性能。本文通过改进的Hummer’s法制备氧化石墨烯(GO),利用多巴胺一步法简易制备功能化的聚多巴胺改性氧化石墨烯(PGO),通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)证实聚多巴胺成功接枝在氧化石墨烯表面,通过溶液共混与物理超声等手段制备了不同GO或PGO添加量(0 wt%、0.1 wt%、0.5 wt%、1 wt%)的水性聚氨酯/氧化石墨烯(WPU/GO)与水性聚氨酯/聚多巴胺功能化氧化石墨烯(WPU/PGO)复合涂层。研究了GO和PGO粒径大小和Zeta电位对WPU水分散液稳定性与均匀性的影响。运用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察了GO与PGO在涂层中的分散情况。电化学阻抗谱和盐雾实验测试用于研究复合涂层的腐蚀防护性能。通过测试复合涂层的附着力、接触角、硬度、光泽度研究了氧化石墨烯材料对于水性聚氨酯涂层表面性能的影响,还对复合涂层的热稳定性和耐水性进行了表征。结果表明,腐蚀防护性能方面,0.1 wt%的GO略微增强了水性聚氨酯涂层的防腐性能,随着GO添加量的增多,涂层防腐蚀能力急剧下降,添加0.5 wt%、1 wt%GO的水性聚氨酯涂层表现出比空白涂层更差的防防腐性能。WPU的耐水性也因为GO的添加大幅下降,推测是过量的GO在聚合物基质分散不佳和其自身的亲水性所致。WPU/GO涂层接触角相较于WPU涂层几乎没有变化,表明GO对涂层的亲疏水性没有影响。添加0.1 wt%GO和0.5 wt%GO的WPU涂层硬度与WPU相比没有变化,而添加1 wt%GO的WPU涂层硬度上升了一个等级,GO对于WPU涂层硬度的提升不够显著,而WPU涂层的光泽度则随着GO添加量的增多呈现阶梯式的显著下降。另外,GO的加入使得WPU的热稳定性下降。GO对于水性聚氨酯涂层的综合性能没有明显增强作用,在许多方面甚至表现出负面作用。与之相对,随着PGO的添加,WPU/PGO涂层的防腐性能先增强后减弱,其中添加0.5 wt%PGO的WPU/PGO涂层电化学阻抗谱测试最大阻抗值高达1.77×10~8Ωcm~2,在长效防腐蚀测试中也显示出最大的阻抗模量。168小时的盐雾试验后其依然能够对基材提供有效的防护,也证明了其的耐腐蚀性能远优于其他样品。1 wt%的PGO则使得WPU涂层的防护性能急剧降低,甚至比空白WPU涂层还差。这是由于聚多巴胺的有机改性改善了石墨烯与聚氨酯的相容性,覆盖在石墨烯表面的聚多巴胺协同提供了防腐蚀效果,但过量的PGO会在WPU中发生团聚,无法提供理想的防护效果。WPU/PGO涂层的耐水性较WPU涂层显著提高。WPU/PGO涂层接触角较WPU、WPU/GO涂层上升近10°,表明涂层的疏水性得到增强。添加0.1 wt%PGO的WPU涂层硬度与WPU涂层基本相同,而添加0.5 wt%PGO和1 wt%PGO的WPU涂层硬度则分别上升1 H和2 H,达到3 H和4 H。与WPU涂层相比,添加0.1 wt%PGO和0.5 wt%PGO的WPU涂层光泽度仅略微降低,而添加1%PGO的WPU涂层光泽度为所有样品最低。PGO的加入使得WPU的热稳定性得到增强。综上所述,添加0.5 wt%PGO的WPU涂层展现出了最为优异的综合性能。