分子对锈层界面影响及其耐蚀性的相关性研究

发布时间：2017-04-09 08:19

  本文关键词：分子对锈层界面影响及其耐蚀性的相关性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,一些大型建筑设施已经进入维护期,为达到防腐蚀的目的,传统的防腐蚀涂料需要繁琐的、彻底的表面预处理。然而,这种处理方式不仅增加了施工成本,同时,也处理不彻底,残留的铁锈和漆膜将在造成膜下腐蚀。为控制这种腐蚀人们采用含单宁酸,磷酸的成分的转锈剂抑制涂层腐蚀,但是这些关键材料不能满足长效防腐的需要,为此人们进行了较为系统的研究,先后发现了一些对抑制锈层腐蚀有效的物质,但是,这些研究存在明显的不足,所发现的物质多半带有极大的偶然性。本文基于分子结构与抑制锈层腐蚀的关系,结合分子自组装膜技术,合成及选用了一系列具有结构系统性变化的特殊的分子沉积在铁锈表面,探索转锈的效果。具体内容如下:首先,1)合成了三组具有不同侧基链长的功能分子(A_3C_2、A_3C_6、A_3C_(12)、A_3C_(18)、A_2C_2、A_2C_6、A_2C_(12)、A_2C_(18)、A_1C_2、A_1C_6、A_1C_(12)、A_1C_(18)),是以三聚氰胺(A_3)、2-氨基嘧啶(A_2)、2-氨基吡啶(A_1)、乙酸(C_2)、己酸(C_6)、月桂酸(C_(12))和硬脂酸(C_(18))为原料来制备;2)合成了三种环上氮原子个数不等但侧基均有偶联功能的功能小分子(A_3KH560、A_2KH560、A_1KH560),是以A_3、A_2、A_1和硅烷偶联剂KH-560为原料来制备;3)选用侧基官能团不同分子:2-甲酸吡啶、2-羟基吡啶、2-氨基吡啶;4)选用环上杂原子类型不同的分子:吡啶、呋喃、噻吩。其次,利用极化曲线、交流阻抗技术、硫酸铜点滴实验、分子碎片法、扫描电子显微镜(SEM)等技术研究了功能小分子结构系统性的变化带来的对带锈A_3钢的耐蚀性和锈层界面形貌的影响,证实了:1)合理的侧基链长的功能分子A(3、2、1)C_(12)对锈层耐蚀性的提高较其他侧基链长的分子要显著,环上含1个氮杂原子数的A_1KH560处理过的锈层表面比A_2KH560、A_3KH560更耐蚀,含有羧基和羟基官能团的2-甲酸吡啶和2-羟基吡啶比含氨基官能团的2-氨基吡啶对提高锈层的耐蚀性更显著,环上杂原子为N和O的吡啶和呋喃比杂原子为S的噻吩对提高锈层的耐蚀性更显著;2)分子碎片法预估的这些功能分子的疏水参数与缓蚀能力的密切联系,其规律变化与1)中的规律大致相同;3)这些功能分子能够吸附在锈层界面,填充锈层孔洞,使铁锈的生长形貌改变,1)中优选的功能分子与锈层反应形成更致密的膜,使界面变得更平整。最后,将所有经分子处理过的带锈A_3钢表面涂刷上自制的环氧/PVB复合涂料,耐腐蚀性测试的结果表明:1)A_1C_(12)/环氧和A_2C_(12)/环氧涂层分别比同组的其他涂层的耐蚀性更佳;2)A_1KH560/环氧涂层相对于A_2KH560/环氧和A_3KH560/环氧涂层的耐蚀性更佳;3)2-甲酸吡啶/环氧和2-羟基吡啶/环氧涂层相对于2-氨基吡啶/环氧涂层的耐蚀性更佳;4)吡啶/环氧涂层和呋喃/环氧涂层相对于噻吩/环氧涂层的耐蚀性更佳;5)涂层基本性能测试结果也表明A_1C_(12)/环氧和A_2C_(12)/环氧涂层、A_1KH560/环氧涂层、2-甲酸吡啶/环氧和2-羟基吡啶/环氧涂层、吡啶/环氧和呋喃/环氧涂层的综合性能相对于同系列的涂层也是优良的;涂层耐蚀性的规律性变化是与功能小分子单纯的与锈层作用带来的耐蚀性的变化是相一致的。综上所述,在养护生锈的大型设备时,考虑到长效防腐,选取转锈功能分子时,更应该系统性地考虑分子的支链长度,环上的杂原子个数及类型、官能团类型等因素,本文的研究内容为我们选取转锈的功能分子结构提供了系统的、规律的、有效的依据。
【关键词】：耐腐蚀 表面处理 自组装 带锈表面 锈转化 功能分子
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第1章 绪论16-26
• 1.1 研究背景及选题意义16
• 1.2 裸露钢铁表面处理-分子在钢铁表面自组装技术16-19
• 1.2.1 金属-有机配位键作用下的自组装17
• 1.2.2 钢铁表面自组装膜17
• 1.2.3 不同类型的分子对钢铁表面自组装膜的影响17-19
• 1.3 带锈钢铁表面处理-带锈涂料19-22
• 1.3.1 钢铁的腐蚀机理及锈层的性质19-20
• 1.3.2 带锈涂料概述20-21
• 1.3.3 国内带锈涂料的发展21-22
• 1.3.4 国外带锈涂料的发展22
• 1.4 基于钢铁表面自组装技术-分子在锈层转化中的应用22-23
• 1.5 功能分子在带锈涂料中研究意义23-24
• 1.6 本文的研究内容24-26
• 第2章 功能分子的合成与表征26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 实验原料及仪器设备26-29
• 2.2.1 实验原料26-27
• 2.2.2 原料简介27-28
• 2.2.3 实验仪器设备28-29
• 2.3 三聚氰胺为分子主体的功能分子的合成29-30
• 2.3.1 合成路线29
• 2.3.2 合成方法29-30
• 2.4 2-氨基嘧啶为分子主体的功能分子的合成30-31
• 2.4.1 合成路线30
• 2.4.2 合成方法30-31
• 2.5 2-氨基吡啶为分子主体的功能分子的合成31-32
• 2.5.1 合成路线31
• 2.5.2 合成方法31-32
• 2.6 分析表征方法32
• 2.7 合成路线中目标产物的表征32-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第3章 分子结构变化对锈层界面及耐蚀性的影响36-68
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验原料及仪器设备37-40
• 3.2.1 实验原料37
• 3.2.2 原料简介37-39
• 3.2.3 实验仪器设备39-40
• 3.3 基于配位自组装的分子预处理锈层表面的试验方法设计40
• 3.4 分析表征方法和测试手段40-41
• 3.5 功能分子侧基链长对锈层转化效果的研究41-50
• 3.5.1 不同侧基链长的功能分子对锈层形貌的影响41-44
• 3.5.2 功能分子预处理锈层表面后测得的极化曲线44-47
• 3.5.3 功能分子预处理锈层表面后测得的阻抗47-49
• 3.5.4 硫酸铜点滴实验49-50
• 3.6 功能分子杂环主体含氮原子个数对锈层转化效果的研究50-53
• 3.6.1 杂环上不同N原子个数的功能分子对锈层形貌的影响50-51
• 3.6.2 功能分子预处理锈层表面后测得的极化曲线和阻抗51-53
• 3.6.3 硫酸铜点滴实验53
• 3.7 分子环侧基官能团变化对锈层转化效果的研究53-57
• 3.7.1 侧基官能团类型不同的功能分子对锈层形貌的影响53-54
• 3.7.2 功能分子预处理锈层表面后测得的极化曲线和阻抗54-56
• 3.7.3 硫酸铜点滴实验56-57
• 3.8 分子环上杂原子类型变化对锈层转化效果的研究57-61
• 3.8.1 环上杂原子类型变化的功能分子对锈层形貌的影响57-58
• 3.8.2 功能分子预处理锈层表面后测得的极化曲线和阻抗58-61
• 3.8.3 硫酸铜点滴实验61
• 3.9 分子碎片法探究分子的疏水亲脂能力与缓蚀效果的关联61-65
• 3.10 本章小结65-68
• 第4章 分子结构变化对带锈涂层耐蚀性的影响68-86
• 4.1 引言68-69
• 4.2 实验原料及仪器设备69
• 4.2.1 原料简介69
• 4.2.2 实验仪器设备69
• 4.3 基于分子预处理锈层的带锈涂料的制备工艺69-70
• 4.4 分析表征方法和测试手段70
• 4.5 不同结构的分子预处理锈层表面后对涂层耐蚀性的影响的研究70-84
• 4.5.1 不同侧基链长的功能分子对涂层耐蚀性的影响70-75
• 4.5.2 功能分子杂环主体含氮原子个数变化对涂层耐蚀性的影响75-77
• 4.5.3 分子环侧基官能团变化对涂层耐蚀性的影响77-80
• 4.5.4 分子环上杂原子类型变化对涂层耐蚀性的影响80-83
• 4.5.5 涂层的基本性能测试结果及讨论83-84
• 4.6 本章小结84-86
• 结论86-88
• 参考文献88-94
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文及专利94-96
• 致谢96

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