含氟POSS丙烯酸酯聚合物超疏水防腐涂层材料的研究

发布时间：2020-06-11 01:04

【摘要】：金属材料在海洋装备中的应用最为广泛,一旦发生腐蚀,将导致严重破坏和巨大经济损失。超疏水表面是近年来金属腐蚀防护研究中的一项重大技术突破。本文以甲基丙烯酸酯基氟丙基POSS(F-POSS)为研究对象,通过溶液自由基聚合法将F-POSS引入到丙烯酸酯聚合物中,以产物含氟POSS丙烯酸酯聚合物为成膜材料,采用水滴模板法在Q235钢上制备涂层,并对涂层的润湿性能、防腐性能和稳定性能进行研究。主要研究内容和结果如下:(1)采用水解缩合法,制备不完全缩合的POSS三醇钠盐(Na_3O_(12)Si_7(C_3H_4F_3)_7),通过顶点-盖帽反应,合成甲基丙烯酸酯基氟丙基POSS(F-POSS)。再通过溶液自由基聚合法,将合成的F-POSS引入到丙烯酸酯聚合物中,制备含氟POSS丙烯酸酯聚合物。通过FTIR、~1H NMR、~(29)Si NMR、GPC、DSC和TGA对产物进行表征和测试,结果表明成功合成了完整笼状结构的单官能化F-POSS和不同F-POSS含量的含氟POSS丙烯酸酯聚合物。聚合物分子量分布(PDI)为1.8-2.0,玻璃化转化温度为22-47℃,初始分解温度为199.3-242.8℃。(2)以含氟POSS丙烯酸酯聚合物为成膜材料,采用水滴模板法在Q235钢上制备蜂窝状多孔涂层。通过SEM、EDS、AFM和接触角测试仪对涂层表面的形貌、元素含量、粗糙度和润湿性进行测试。系统地研究了F-POSS含量和聚合物浓度对涂层表面形貌和润湿性的影响,同时研究了制备的超疏水涂层的耐酸碱性、热稳定性和持久性。结果表明,当F-POSS含量为25%,聚合物浓度为30mg/mL时,在Q235钢上制备的涂层表面有微纳米粗糙结构,粗糙度为228 nm,氟元素含量高达26.59%,水接触角达到153°,表现出超疏水特性。同时,含氟POSS丙烯酸酯聚合物超疏水涂层对pH值为1-14的水滴保持超疏水性,在-25℃-200℃温度下处理1 h后水接触角超过150°,而且在空气中暴露60天后仍具有超疏水性,表现出良好的化学稳定性和热稳定性。(3)在中性的3.5wt%NaCl溶液中,通过电化学交流阻抗和Tafel极化曲线研究不同涂层的腐蚀防护能力,通过长期监测电化学阻抗的变化,深入研究了不同涂层的长期防腐效果。电化学测试结果表明,在中性的3.5wt%NaCl溶液中,含氟POSS丙烯酸酯聚合物超疏水涂层防腐效果最好,低频阻抗值|Z|_(0.01Hz)大于10~8Ωcm~2,比Q235基底高5个数量级,浸泡20天后保持在10~5Ωcm~2以上。同时腐蚀电流密度i_(corr)值为2.01×10~-99 A cm~(-2),缓蚀率为99.98%。说明在中性3.5wt%NaCl溶液中制备的超疏水涂层具有可持续的耐腐蚀性能。此外,研究了在pH=2和pH=13的3.5wt%NaCl溶液中,不同涂层的防腐性能。结果表明制备的超疏水涂层的防腐效果同样是最好的,|Z|_(0.01Hz)均大于10~8Ωcm~2,浸泡20天后|Z|_(0.01Hz)都保持在10~5Ωcm~2以上,i_(corr)值都是最低的,缓蚀率分别达到99.96%和99.95%。说明含氟POSS丙烯酸酯聚合物超疏水涂层不仅在中性条件下具有良好的防腐性,而且在酸性和碱性条件下也具有良好的防腐性。
【图文】：

当表面倾斜到一定角度时，如果液滴在斜面上稳定时，接触角变大或变小，，即前进角（ ）或后退角（ ）（图1-1(b)）。如果没有接触角滞后，水滴将滚出表面[11]。为了定量表征粗糙表面的润湿性，Wenzel[13]和 Cassie[14]在 20 世纪 40 年代修正了杨氏方程。Wenzel 将表面粗糙度的概念引入到润湿性理论中，建立了能定量计算均匀粗糙表面液滴接触角的 Wenzel 模型。在 Wenzel 模式下，液滴完全填充粗糙表面的微观沟槽，增加了水与表面的实际接触面积。因此，疏水效应被几何放大

图 1-1 (a)接触角θ；(b)前进接触角 和后退接触角Fig. 1-1 (a) contact angle θ and (b) advancing contact angle and receding contact angle液态水具有相对较大的表面张力，主要是由于它的电偶极子。表面可划分为亲水或疏水。水滴会使表面能较高的表面（如玻璃）变湿，而在表面能较低的表面（如聚四氟乙烯）则倾向于珠状。如果一个水滴更多地倾向于附着在其自身上，而不是附着在特定的表面上，那么这个表面就叫做疏水表面，表面的接触角大于90°。相反，如果一个水滴倾向于更多地附着在一个特定的表面上，而不是附着在它自己身上，那么这个表面就叫做亲水表面，表面的接触角将小于 90°。水滴完全湿润表面，接触角则为 0°；而水滴与表面没有相互作用（没有润湿），变为一个完美的球体（忽略重力），接触角则为 180°，如图 1-2 所示[12]。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ637

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 程时远,陈艳军;氟化丙烯酸酯聚合物的制备及表面性能的研究进展[J];高分子材料科学与工程;2003年03期

2 杨修X;陈tb莲;;丙烯酸酯聚合物的裂解色谱研究(Ⅰ)[J];化学工程师;1988年06期

3 张洪涛;;固化的环氧树脂内应力的改进—丙烯酸酯聚合物核—壳粒子结构的影响[J];热固性树脂;1988年04期

4 杨修X;;丙烯酸酯聚合物的裂解色谱研究(Ⅲ)[J];化学工程师;1989年02期

5 邓君;肖新颜;杜沛辉;万彩霞;;涂料用含氟丙烯酸酯聚合物的研究进展[J];河南化工;2006年09期

6 黄汉生;含氟丙烯酸酯聚合物的特性与应用[J];有机氟工业;1998年04期

7 戚鹏;赵吉祥;刘彦军;;含氟丙烯酸酯聚合物的制备及应用研究[J];化学世界;2009年03期

8 侯彩英;含络铁基团甲基丙烯酸酯聚合物的合成及表征[J];科技情报开发与经济;2004年07期

9 郑钊君;田晓慧;孙金煜;冯屏;赵伟如;;酯侧链结构对丙烯酸酯聚合物与天然乳胶共混相容性的影响[J];华东理工大学学报(自然科学版);2017年05期

10 李俊,陈庆民;含氟丙烯酸酯聚合物研究进展[J];高分子材料科学与工程;2005年05期

相关会议论文 前8条

1 刘宗彬;淡宜;;丙烯酸酯聚合物的制备研究[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年

2 高杰;赵则亮;倪华钢;王新平;;氟化丙烯酸酯聚合物表面的蛋白质吸附研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

3 钟家伟;楼一心;;丙烯酸、丙烯酸酯聚合物的应用[A];第三届丙烯酸科技发展与应用研讨会论文集[C];1996年

4 徐莹莹;杨婷婷;彭慧;程时远;;阳离子含氟丙烯酸酯聚合物表面性能的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年

5 淡宜;赵红军;陈山玉;蔡绪福;任显诚;刘宗彬;王志春;普雪涛;刘和兴;;聚甲醛改性用丙烯酸酯聚合物的制备及改性聚甲醛的耐老化性能研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

6 张志成;;PVDF接枝甲基丙烯酸酯聚合物的合成及其介电储能性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

7 陈艳军;张超灿;;含氟丙烯酸酯无皂共混乳液成膜及乳胶膜梯度结构研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

8 吴锦荣;潘启英;黄光速;;丙烯酸酯聚合物对氯化丁基橡胶阻尼性能的影响[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

相关博士学位论文 前2条

1 黄艳芬;基于纳米SiO_2和丙烯酸酯聚合物的疏水、超疏水复合材料的制备及其应用[D];武汉大学;2014年

2 马伟伟;新型丙烯酸酯聚合物的制备及其在纸张表面改性方面的应用[D];江苏大学;2017年

相关硕士学位论文 前9条

1 张晓辰;含氟POSS丙烯酸酯聚合物超疏水防腐涂层材料的研究[D];青岛科技大学;2019年

2 张绒;烃溶性丙烯酸酯聚合物定型剂的制备及性能研究[D];陕西科技大学;2018年

3 范勇恒;多元丙烯酸酯聚合物泡沫研制与性能研究[D];中国工程物理研究院;2004年

4 姜琳琳;油醇系浓缩压裂液的研制及应用研究[D];哈尔滨工程大学;2002年

5 任济民;增韧改性聚氯乙烯树脂的制备与表征[D];浙江大学;2011年

6 林香云;含多重氢键丙烯酸酯聚合物的制备及性能研究[D];北京化工大学;2017年

7 霍涛;含有全氟聚醚链的丙烯酸酯聚合物的合成及其在棉织物上的应用[D];东华大学;2013年

8 朱小磊;水性聚氨酯—聚丙烯酸酯核壳乳液的合成与性能研究[D];天津大学;2007年

9 徐策;（甲基）丙烯酸酯聚合物包覆硝酸铵防吸湿改性研究[D];南京理工大学;2017年

本文编号：2707142