防腐涂层填料的功能化改性及性能研究

发布时间：2020-10-24 12:02

　　 金属腐蚀会造成巨大的经济损失,发生腐蚀现象后不但需要对腐蚀部位重新修复,并且会对周围环境产生很大的危害。由于腐蚀性介质会不断对涂层进行入侵,并且涂层的工作环境一般会使涂层受到摩擦磨损,传统的防腐涂层对金属基体的防护效果往往不明显。具有多功能的高效防腐耐久涂层是近年来防腐涂层方向的研究热点。本文从填料的功能化改性出发,以环氧树脂/聚苯硫醚(PPS)聚合物为基体,通过加入功能化改性填料作为涂层的功能化改性方式,制备出可以在不同领域应用的功能化防腐涂层,涂层的特殊功能与防腐性能相互促进会进一步提高涂层的防腐性能。最终通过简单的喷涂方法制备出防腐蚀性能优异,机械性能强的新型功能型涂层。论文主要内容可概括为以下几点:1)以多孔钛基材料为多孔填料,通过水热法与浸渍法将缓蚀剂化合物A(compound A)与阻垢剂咪唑啉组装并填充到多孔钛基填料内外表面,得到功能化钛基填料。将一定量的功能填料添加到环氧树脂中喷涂得到高效防腐阻垢涂层。应用红外测试(FTIR)、比表面积测试(BET)、热重(TG)以及扫描电镜(SEM)等手段研究了缓蚀剂与阻垢剂对多孔钛基填料的改性程度,利用电化学阻抗和盐雾试验以及结垢测试等方法考察了涂层的防腐阻垢性能,同时探究了功能防腐阻垢填料对涂层的防腐阻垢性能的影响。结果表明,添加了功能填料的功能涂层的防腐性能是未改性涂层的40倍,功能涂层的结垢率是未改性涂层的0.03倍。进一步探讨了改性填料的加入涂层防腐阻垢性能提高的原因,并揭示了功能助剂在涂层中存在的形式与涂层的防腐阻垢机理。2)以硅基天然多孔无机物为填料,利用十八烷基磷酸酯(C18P)对多孔无机物进行改性,并在氮气氛围下对改性填料进行高温煅烧,得到表面碳化的多孔无机填料。利用多种表征手段对碳化多孔无机填料进行表征。结果表明,经过水热处理的多孔无机填料表面成功的接枝了C18P,经过碳化改性后的多孔无机物具有高亲水性与高亲油性。填料经过碳化改性后可以提高填料与树脂的相容性,含油填料加入涂层后可以有效的提高涂层的耐磨防腐性能。此外,从分子层面阐明了填料表面碳化改性过程,揭示了碳化改性填料及吸油后制备的功能涂层的防腐耐磨机理。3)利用硅基天然多孔无机物为填料,利用不饱和酸化合物B对多孔无机填料进行改性,通过特殊的制备手段将多孔无机填料内外非均一改性。改性后的多孔无机物内外表面分别含有亲油基团与亲水基团,将润滑油灌充到多孔无机填料内表面后,含油的多孔无机填料能够分散到水性溶液中。利用FTIR测试对功能填料进行表征,以电化学阻抗、摩擦磨损实验、SEM-EDS、结垢测试以及耐水热实验对涂层进行分析。结果表明,添加了含油填料的涂层的摩擦系数为0.4,添加了固体润滑剂PVDF的涂层摩擦系数为0.52,含油涂层在单位时间内受到摩擦引起的质量损失为添加了固体润滑剂PVDF涂层的0.125倍。进一步探索了多孔无机物填料内外非均一改性过程,揭示了含油填料加入涂层后润滑油在涂层中的分布形式与状态对涂层阻垢防腐性能的作用机制。4)利用针状氧化锌以及碳纳米管(CNTs)为无机复合纳米填料,通过利用硅烷偶联剂(KH550)以及二甲基硅油(PDMS)对填料进行疏水改性,将改性后的填料混入到具有良好的耐高温性能的PPS树脂中,通过调控CNTs的含量来控制涂层的疏水性能。利用FTIR测试来表征填料的改性程度,通过SEM、耐温测试、摩擦测试、疏水角测试、滚动角测试、涂层的粘附力测试以及耐酸碱测试对涂层进行表征。结果表明,添加了改性复合纳米填料的涂层疏水角最高可达172°,可在p H=1到p H=14的介质中保持疏水性能,并且耐温性能良好。探讨了超疏水涂层与高疏水涂层在表面结构相同但表面能不同的情况下,二者防腐性能的差异,讨论了超疏水涂层的防腐机理。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

图 1-1 （a）双酚 A 环氧树脂结构式；（b）PPS 结构式Fig. 1-1 (a) Structural formul of abisphenol a epoxy resin; (b) Structural formul of PPS1.3 金属的腐蚀与防护1.3.1 金属的腐蚀机理

5图 1-2（a）海洋平台的腐蚀现象；（b）海洋运输管道外表面腐蚀现象；（c）金属容器的腐蚀泄露现象；（d）桥梁支撑柱涉水区域的腐蚀现象；（e）金属运输管道内壁的腐蚀现象Fig. 1-2 (a) Corrosion of the ocean platform; (b) Surface corrosion of the pipe; (c) Corrosion of metalcontainers; (d) The corrosion phenomenon of the wading area of the bridge supports; (e) Corrosion of theinner wall of metal transportation pipeline通常把金属的腐蚀现象定义为[55]：在周围环境介质的作用下，金属与相关物质发生化学或电化学反应而引起金属的变质或破坏的现象。钢铁材料在大气中发生生锈反应，埋在地下的金属管道发生穿孔泄露现象；海洋设施中各种合金的逐渐消蚀；轮船被海水腐蚀；路上交通工具的生锈现象，上述事实均为腐蚀现象[56]。金属发生腐蚀时不仅会产生上述影响经济发展的现象，通常还会引起危害人民群众生命安全的事件。例如地下地上输油输气管道因腐蚀而造成的破损导致介质的泄露；船舶因为腐蚀而发生沉船；建筑物因为腐蚀而发生坍塌；游乐设施因为腐蚀而发生脱轨坠落。上述现象表明，腐蚀的发

东北石油大学博士研究生学位论文阳极区产生阳离子与阴极区产生阴离子的过程。腐蚀产物形成后产生推动下发生扩散。涂层的屏蔽机理是因为涂层的阻隔作用抑制了这些发生过程。同时，涂层如果具有良好的与基底的粘附力，固化后的涂的粗糙结构填充，从而代替了能使金属电子转移的腐蚀介质，最终可进行，有效地防止了在金属表面发生腐蚀反应，减少腐蚀产物的堆积堆积引起涂层的鼓泡，从而延长了涂层的寿命。
【参考文献】

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本文编号：2854437