一类超疏水—自修复水滑石防腐涂层的制备与性能研究

发布时间：2020-07-18 10:57

【摘要】：层状双氢氧化物是近年来受到颇多关注的一类纳米功能材料,其层板成分的可调变性、层间阴离子的可交换性和酸碱性赋予这种材料广泛的应用潜能。本文研究了具有表面超疏水-底层自修复性能的水滑石体系的制备方法和表面分析,并研究了该涂层体系对AZ31B Mg基底耐腐蚀性能的影响。采用共沉淀和水热合成的方法在AZ31B Mg基底表面制备了缓蚀剂插层水滑石MgAl-LDH。本文选用了两种不同的缓蚀剂阴离子MoO42-、WO42-,成功制得MgAl-LDH-MoO42-/WO42-涂层,并实现了缓蚀剂在含有CO32-、Cl-的腐蚀性阴离子的溶液中了可控释放;通过与不含缓蚀剂的MgAl-LDH-NO3-涂层对比,证明了缓蚀剂-LDH涂层的自修复作用,以及对基底耐腐蚀性能的提升。LDH层板上由于存在大量羟基而亲水,这种性质增加了涂层与腐蚀介质的接触面积,对涂层的防腐性能有不利影响。为推迟涂层被水渗透时间,延长涂层寿命,同时防止层间的缓蚀剂提前释放,本文在LDH表面构筑了疏水表面。由于LDH涂层特殊的微-纳米多级结构为超疏水表面提供了必要条件,采用直接在表面接枝低表面能的氟硅烷的方式得到了单层的超疏水-缓蚀剂LDH涂层。考虑到纳米涂层的物理阻隔性能较弱,设计了具有“三明治”结构的LDH涂层,一方面增加了涂层总体厚度、提升了涂层的物理阻隔性能,另一方面也保证了底层LDH封装的缓蚀剂在制备过程中不提前释放。为此本文选取PVA作为封孔材料涂覆于MgAl-LDH-WO42-涂层表面,在PVA上用尿素水解法生长一层LDH,经过表面处理得到了表面超疏水、底部封装缓蚀剂的LDH-PVA-LDH复合涂层。文中对上述涂层每一层的耐腐蚀性能和超疏水特性进行了表征:使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等手段表征LDH的形貌、构造和腐蚀行为,采用直观的光学照片记录涂层样品在3.5wt%NaCl中的腐蚀程度,使用极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)等表征涂层的耐腐蚀性能,用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)监测缓蚀剂-LDH在腐蚀介质中的释放情况,通过接触角仪监测涂层表面的疏水性能变化。结果表明缓蚀剂-LDH涂层对镁合金的耐腐蚀性能有明显提升,制得的超疏水表面与水静接触角均在153°以上,且耐腐蚀性能与疏水改性前相比有所提升。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.44
【图文】：

类层,水滑石,晶体,材料

图１．１水滑石类层状材料晶体构造示意图逡逑．３．２邋ＬＤＨ的性质及应用逡逑层状化合物主客体构造的存在和客体的可插层、可离子交换的特点，使得ＬＤＨ以下特性：逡逑．３．２．１离子交换性逡逑可插入ＬＤＨ层间的阴离子有卤素、含氧阴离子、配离子、同多或杂多阴离子、阴离子等。层间离子交换能力的规律是，低价离子易于被交换出层间，高价阴离子被交换进来［｜７］。同时，改变环境的酸碱度能够在一定程度上控制离子交换的方向。交换性质经常和吸附性质一起用于废水处理，利用各种离子插层能力的不同得以问收废水中的带电粒子。逡逑．３．２．２吸附性逡逑ＬＤＨ有较大的内表面，易于吸引客体分子，有作为吸附剂使用的潜能。ＬＤＨ的原理与表面活性中心的暴露、层间静电交互作用的强弱、表面的络合等有关［１＼邋ＬＤ吸附性能被广泛应用于废水中放射性金属离子、酸性污染因子、石油化工废弃物、

示意图,剧烈搅拌,溶液,共沉淀

逦低p半燥逦粉末丨逡逑待插层化合物、碱液一１逡逑图２．１缓蚀剂插层ＬＤＨ制备反应流程示意图逡逑本节介绍了邋Ｍｏ0４２？和Ｗ0４２－两种缓蚀剂插层的ＬＤＨ涂层以及插层阴离子是Ｎ０３？的逡逑ＬＤＨ涂层的制备方法，对反应的条件、插层阴离子对涂层耐腐蚀性能进行了探究，并分逡逑析了涂层的防腐机理。逡逑２．１．２．１镁片前处理逡逑用６００目、１０００目、２０００目砂纸依次打磨至ＡＺ３１Ｂ邋Ｍｇ挂片表面镜面光亮，用软逡逑布擦拭除去试片上的残屑，于乙醇中超声１５分钟，低温烘干备用。逡逑２．１．２．２邋共沉淀法一步合成邋ＭｇＡｌ－ＬＤＨ－Ｍｏ０４２７Ｗ０４２７Ｎ０３－悬浊液逡逑共沉淀法在ＬＤＨ的制备中最为常见，是指将制备ＬＤＨ所需的反应物如金属盐、缓逡逑蚀剂等在同一反应器中均匀搅拌混合，缓慢升高溶液的ｐＨ，使得多种金属盐离子以复逡逑合氢氧化物的形式沉淀下来的一种制备方法［￥２７］。共沉淀法的好处在于溶液ｐＨ的升高逡逑速度能够控制，由此能够精确地控制ＬＤＨ的化学组成，得到单晶ＬＤＨ。制备过程分为逡逑晶粒成型和晶化后处理（即陈化）两部分，晶粒成型阶段需要大力搅拌混合溶液中的反逡逑应物

示意图,悬浊液,烧瓶,实验装置

ＮａＯＨ邋调节邋ｐＨ邋至邋１０±０．５。逡逑＼ｎ0＝＾＼逡逑图２．２共沉淀实验装置示意图逡逑Ａ溶液加热至８０°Ｃ，在剧烈搅拌的条件下缓慢滴加Ｂ溶液，滴加时间约丨ｈ。滴加逡逑结束后，调节混合液的最终ｐＨ在９．５邋±邋０．５范围内（０．１邋Ｍ邋ＮａＯＨ调节），保持８（ＴＣ反逡逑应４８邋ｈ，晶化丨２邋ｈ得到牛奶状的ＭｇＡｌ－ＬＤＨ－Ｍｏ0４２７Ｗ0４２ＶＮ０３－悬浊液。实验装置见丨冬丨逡逑２．２，整个反应装置在反应和晶化的过程中处于氮气气氛中，滴加前向装置内通氮气一分逡逑钟排尽装置内的空气，从三口烧瓶左侧口蘸取烧瓶内液体测ｐＨ值。逡逑２．１．２．３邋７尺热合成法制备邋ＭｇＡｌ－ＬＤＨ－Ｍｏ0４２－／＼Ｖ０４２７Ｎ０３－涂ｊｇ逡逑将打磨过的镁片放入内衬聚四氟乙烯的高）ｊｉ反应釜，加ＭｇＡｌ－ＬＤＨ－ＭｏＯ＾ＶＷＯｔ２－逡逑／Ｎ０３－悬浊液没过金属，１２０°Ｃ反应数小时。取出水洗、乙醇洗，室温下干燥。收集反应逡逑釜底部沉淀

【参考文献】