基于天然多糖缓蚀剂微球的自修复涂层及防腐蚀机理研究

发布时间：2020-07-17 12:14

【摘要】：近年来,微胶囊技术在涂层自修复领域的应用受到广泛关注。本文创新性地将天然多糖(壳聚糖、海藻酸钠)用于载体微球制备,封装缓蚀剂(植酸钠、酒石酸钠)后添加到水性涂层中,研究改性后涂层的防腐蚀机理。通过设计正交试验,研究不同实验参数对载体微球形貌和性能的影响,确定最佳实验参数。利用电化学阻抗谱分别研究包覆缓蚀剂植酸钠、酒石酸钠的载体微球在pH值为3、7和9时,缓蚀剂的释放行为。将包覆缓蚀剂植酸钠、酒石酸钠的载体微球添加到水性聚丙烯酸涂层中,利用电化学手段研究改性后涂层的防腐蚀机理,通过海水浸泡实验研究改性涂层的防腐蚀性能。结果表明,壳聚糖载体微球的最佳制备参数为:水油比为1:20、交联剂香草醛和壳聚糖的质量比为3:1、pH值为9,制备的微球粒径为20-30μm;海藻酸钠载体微球的最佳制备参数为:水油比为1:20、乳化剂和油相的体积比为2:100、醋酸和所加纳米碳酸钙的摩尔比为4:1,微球粒径约为20μm。利用负压浸渍法成功将缓蚀剂植酸钠和酒石酸钠包覆到载体微球中,壳聚糖微球中两种缓蚀剂的包封率分别为25.79%和35.00%;海藻酸钠载体微球中两种缓蚀剂包封率分别为29.85%和30.65%。缓蚀剂植酸钠和酒石酸钠在不同pH值环境下从载体壳聚糖微球中的释放速率均满足pH=9pH=7pH=3,从载体海藻酸钠微球中的释放速率均满足pH=9pH=3pH=7;K-P模型是评估缓蚀剂从微球中释放过程的最佳模型。将包覆植酸钠、酒石酸钠的壳聚糖微球按照5%的质量比分别添加到水性聚丙烯酸涂层A中,随着涂层浸泡时间的增加,电荷转移电阻以及涂层孔溶液电阻都逐渐增大;将包覆植酸钠、酒石酸钠的海藻酸钠微球按照5%的质量比分别添加到水性聚丙烯酸涂层B中,随着涂层浸泡时间的增加,电荷转移电阻以及涂层孔溶液电阻都逐渐增大;这表明四种改性的涂层均具有了自修复防腐蚀性能,海水浸泡实验从宏观上进一步证实了四种包覆缓蚀剂的微球改性后的涂层防腐蚀性能得到了提高。因此将环保的壳聚糖和海藻酸钠制备成载体微球,添加到水性涂层中可以在不同pH环境下有效控制缓蚀剂植酸钠和酒石酸钠的释放,使得涂层具备了自修复性能,对涂层防腐蚀性能的提高和环境保护具有重要意义。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P755.3
【图文】：

示意图,修复机理,自修复,涂层

然多糖缓蚀剂微球的自修复涂层及防腐蚀机理研究修复概念即无需人工干预涂层自我修蚀性能、延长使用寿命的有效手段之一自修复按照修复机理大致分为两类：一外界物理条件的变化进行自修复[34-36]，供给体系能量，使其发生结晶、在其表；另一类是在体系中添加包覆了功能-49]。在防腐蚀领域，载体微球或微胶囊受损区域，提高其防腐蚀性能。

示意图,微胶囊,聚脲,芯材

第 1 章绪论利用数学建模研究出修复剂的渗透距离与单位体积中载体的浓度成反比。Jin[74]将修复剂环氧树脂和胺基反应物分别封装到微胶囊中。包封环氧树脂的微胶囊包含两层壁材，分别是外层的聚脲甲醛和里层的聚胺基；芯材是低粘性稀释剂稀释的双酚 A 环氧树脂。包封胺基反应物的微胶囊壁材是聚脲甲醛。图 1.3 为两种微胶囊的示意图。将两种微胶囊按照总量为 10%的比例埋植于环氧涂层中，总量不变的前提下，改变两种微胶囊的添加比，研究其对涂层自修复性能的影响。结果表明两种微胶囊的添加量为 1:1 时涂层的自修复效果最佳，温度越高芯材的流失率越大，修复效果越差。

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基于天然多糖缓蚀剂微球的自修复涂层及防腐蚀机理研究机械应力引发型聚脲甲醛微胶囊在使用过程中受外界作用力的影响容易损，造成修复剂的流失。Jackson 等[75]制备了包覆二环戊二烯的聚合物微胶囊，并在聚合物内壁的外面包覆上一层硅基涂层提高了微胶囊的硬度和分散性，避免了胶囊破损产生的修复剂流失。图 1.4 为外层壁材为硅基的微胶囊的透射电镜意图。将微胶囊添加到环氧涂层中，提高了涂层的自修复性能。

【参考文献】