铜的防腐蚀技术：香料类绿色缓蚀剂及pH刺激响应型自修复涂层

发布时间：2018-11-06 20:05

【摘要】：随着人们环保意识以及对自身保护意识的的增强,绿色缓蚀剂的研究是近几年腐蚀与防护技术的一大热点。目前绿色缓蚀剂的开发探索主要围绕以下几个方面进行:植物提取物、药物以及一些无毒环保的表面活性剂。虽然绿色缓蚀剂的研究已经取得了一些进展,但是依然存在一些需要解决的问题。许多香料,特别是食用香料也存在于大自然中,对人体和环境无毒无害,在成本允许的条件下,有望开发成为比较受欢迎的绿色缓蚀剂。在实际生产和应用中,各种环境因素的变化均有可能加剧金属的腐蚀,如pH、温度以及一些侵蚀性物质在环境中的变化。因此,为了延长金属材料的使用寿命,减少在维护涂层材料上人力物力的投入,刺激响应型智能自修复涂层也逐渐成为研究热点之一。本文围绕这两个热点开展了一些研究工作。在绿色缓蚀剂方面,本文对比研究了两种噻唑类香料作为缓蚀剂在中性Cl-溶液中对铜的缓蚀作用,并尝试解释了它们之间缓蚀行为的差异与分子结构之间的关系。另外,为了提高香料香兰素的缓蚀性能,本文利用药物与香料结合合成了一种希夫碱类绿色缓蚀剂,对比了产物和原料之间的缓蚀效果,并讨论了该希夫碱的缓蚀机理。在智能自修复涂层方面,本文设计了一个对酸碱信号均有响应的基于SiO_2微胶囊的聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)自修复涂层。与目前大多数文献所报道的自修复涂层不同的是:该涂层装载的金属离子可以与涂层中的高分子材料螯合形成凝胶,与装载缓蚀剂的自修复涂层相比,具有更好的修复效果和使用寿命;并且该金属离子具有荧光吸收峰,不需再次装载其他化合物用来检测微胶囊的装载和释放性能。这两方面的主要内容如下:1.两种噻唑类香料作为绿色缓蚀剂在中性Cl-溶液中对铜的缓蚀作用对比研究本章节利用传统的电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试了两种噻唑类香料:4-甲基-5-羟乙基噻唑(HMT)和4-甲基-5-乙烯基噻唑(MVT)在NaCl溶液中对Cu的缓蚀性能。EIS结果表明:在添加量为100 mg/L时,MVT的缓蚀效率可达94.09%;而HMT则需要添加量为125 mg/L才能达到类似的缓蚀效率。由于两种香料在分子结构上仅存在羟乙基和乙烯基的区别,因此利用DFT理论计算的方法研究了两个缓蚀剂分子在供电子能力上的区别,分析了它们在缓蚀性能与分子结构之间的关系。2.基于香料和药物的绿色缓蚀剂:利用香兰素与异烟肼合成的希夫碱在中性Cl-溶液中对铜的缓蚀作用为了提高香料香兰素的缓蚀性能以及降低药物类缓蚀剂成本,本章节利用香兰素与药物异烟肼合成了希夫碱(IM),并研究了该希夫碱在中性Cl-溶液中对铜的缓蚀作用,实验表明该缓蚀剂在常温下,IM的加入量为120 mg/L时缓蚀效率可达93%以上,在相同浓度下,远高于两种原材料的缓蚀效率。该方法可能也适用于改善其他醛类香料的缓蚀性能,并降低其他含有氨基药物的成本。3.pH值刺激响应型自修复防腐涂层的研究研究表明pH值的改变可能会加剧金属的腐蚀,本章节基于延长涂层材料使用寿命的目的,设计了以介孔的中空纳米SiO_2为微胶囊壳体材料,利用纳米ZnO将Ce~(3+)封堵在微胶囊中。当微胶囊处于酸性或者碱性介质中,纳米ZnO溶解,释放出修复剂,与PVB复合涂层中的三联吡啶封端的低聚三元醇(TPY-450)形成凝胶,完成对涂层的修复。实验表明,该微胶囊具有较好的装载能力,在酸性条件下的释放性能要强于碱性条件的释放性能。制备得到的PVB自修复涂层对铜在酸性和碱性的NaCl溶液中均具有较好的防腐蚀性能。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG178

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