pH响应型芯壳纤维自修复涂层制备及防腐性能研究
发布时间：2021-03-13 09:35
腐蚀问题是全球迫切需要解决的难题之一,尤其是工程材料的金属腐蚀不仅影响经济发展,而且危及人员生命安全,因此有必要抑制金属腐蚀,最大程度降低各行各业因腐蚀造成的风险和安全隐患。近年来,智能防腐涂层因其具有自动愈合、优良防腐性和长效性等特点,尤其是自修复涂层,已成为防腐蚀材料研究热点。本文利用静电纺丝技术制备了芯壳纤维膜,按照纺丝壳材料分为聚乙烯醇（PVA）纤维、壳聚糖（CS）纤维、甲基纤维素（MC）纤维、乙酸纤维素（CA）纤维四种,按照芯材料分为油酸（OA）+苯并三氮唑（BTA）、OA+2-巯基苯并咪唑（MBI）、OA、OA+醇酸清漆（AVR）、OA+无溶剂环氧树脂（EP1）五种,缓蚀剂作为芯材料,研究了环境友好型纳米纤维容器成型的影响因素,阐明了芯材匹配性、壳材条件参数、粘度、溶剂种类、制备电压等因素对纳米纤维成型的影响规律,实现了高封装率、高负载率缓蚀剂的纳米纤维可控制备,并具有高自修复效率能力。论文主要研究工作如下:（1）以PVA为壳材料,OA和BTA为芯材料,利用静电纺丝技术在Q235碳钢表面制备芯壳纤维膜,再将环氧树脂涂层覆盖于纤维膜之上,获得纤维环氧复合...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
制备的微胶囊的SEM图(a)，破裂的微胶囊(b)[25]
广西大学博士学位论文pH响应型芯壳纤维自修复涂层制备及防腐性能研究4加速型和大尺寸破损型[21-23]。Wang等[24]研究了一种水触发型异氰酸酯微胶囊自修复涂层，该涂层一旦破损微胶囊便会释放异氰酸酯进行修复，能够有效的抑制了腐蚀产物的生成。Attaei等[25]采用乳化法制备了高效、耐热、化学性能稳定的异佛尔酮二异氰酸酯微胶囊，并将微胶囊加入环氧涂层中来保护碳钢免受腐蚀。结果表明微胶囊改性涂层的防护性能随时间的增加而增加。通过局部阻抗谱（LEIS）、扫描振动电极技术（SVET）和扫描离子选择电极技术（SIET）对含有人工缺陷的涂层钢试样的自修复能力进行了研究。研究证实了微胶囊能够在修复涂层中的受损区域，并通过形成一层保护性的高分子屏障来减缓腐蚀，如图1-1所示为微胶囊的SEM示意图。图1-1制备的微胶囊的SEM图(a)，破裂的微胶囊(b)[25]Fig.1-1SEMphotomicrographofasproducedMCs(a);brokenMC(b).Hu等[26]制备出一种环氧复合材料双微胶囊环氧胺自修复涂层。采用油包水乳状液界面聚合法制备出具有环氧-乙二胺外壳的微胶囊。结果证明微胶囊是制备自修复复合材料的适宜材料。含环氧树脂微囊12wt.%、含乙二胺微囊8wt.%时，自修复环氧树脂的抑制效率达到80.4%。该研究为液体胺微胶囊的制备提供了一种新的方法。这种新颖有效的自修复系统可用于开发各种应用的环氧基结构复合材料。图1-2含乙二胺微胶囊的合成机理示意图[26]Fig.1-2SchematicshowingthesynthesismechanismofEthylenediaminecontainingmicrocapsule.
广西大学博士学位论文pH响应型芯壳纤维自修复涂层制备及防腐性能研究5自修复材料中的微胶囊常常存在分散均匀性差、制备复杂等缺陷，未来需要改善的几点如下：微胶囊改的外径尺寸尽量降低到纳米级别，增加特定表面体积比是增加自修复性能有用的途径之一；芯材缓蚀剂的自修复时间加快是必要的；开发经济实用的微胶囊制备工艺，达到工业规模化生产以得到更多的应用。1.3.2纳米容器型负载缓蚀剂技术纳米容器是指具有纳米尺度的能储存/释放所需物质的中空材料[27]。一般可将其分为无机纳米容器和有机纳米容器，有机纳米容器主要包括聚电解质的层层自组装、嵌段共聚物的自组装、种子沉淀聚合等，制备过程较为复杂，尤其是聚电解质纳米容器必须与涂层兼容，才可避免涂层变形。而多数无机介孔材料常用作负载缓蚀剂的容器，是由于多数无机纳米容器比表面积较大，表面易修饰，价格便宜等优势被广泛应用[28]。比较受研究者青睐的有水滑石，埃洛石纳米管，介孔二氧化硅等无机介孔材料。Xu等[29]人介绍了一种简单的一步法制备纳米容器的方法，该方法使用介孔二氧化硅负载抑制剂，具有很高的抑制剂负载率，并具有H+离子响应抑制剂释放特性。Alibakhshi等[30]通过共沉淀法获得了不同pH条件下的硝酸盐插层Zn-Al-LDHs。结果表明，层间间距增加对氯离子有较高的吸附能力，能有效延缓腐蚀的发生。图1-3在pH=9.5±0.5（最高层间距）和pH=12.5±0.5（最低层间距）条件下合成LDHs缓蚀性能的机械描述[30]。Fig.1-3MechanisticdescriptionofcorrosioninhibitionperformanceofLDHssynthesizedatpH=9.5±0.5(highestinterlayerspacing)andpH=12.5±0.5(lowest)assignedtogoodandpoorperformance.
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂料缓蚀剂的研究现状与发展[J]. 王伟杰,秦俊岭,徐慧,赵起锋,刘博,徐琳,尚跃再,王焕焕,朱国利,廖伍彬. 全面腐蚀控制. 2020(01)
[2]聚乙烯醇静电纺丝纳米纤维的制备及形貌研究[J]. 田华峰,袁理,王海亮,项爱民. 中国塑料. 2018(12)
[3]壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备及表征[J]. 王丹,单小红,裴要果. 上海纺织科技. 2016(09)
[4]静电纺丝法制备聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维及其SERS特性[J]. 宋薇,李婷婷,王旭,赵冰. 光谱学与光谱分析. 2015(07)
[5]缓蚀剂的分类和发展方向[J]. 王英,曹祖宾,孙微微,张繁军. 全面腐蚀控制. 2009(02)
[6]电纺法制备壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维[J]. 鲍扬波,王家俊. 浙江理工大学学报. 2008(02)
[7]含氟硅丙烯酸酯乳液超疏水膜中疏水基团的梯度分布与表面微观结构研究[J]. 曲爱兰,文秀芳,皮丕辉,程江,杨卓如. 高分子学报. 2007(12)
[8]从天然动植物中提取绿色缓蚀剂的研究进展[J]. 蒋伟,龚敏. 清洗世界. 2007(04)
[9]天然高分子的静电纺丝[J]. 张春雪,袁晓燕,盛京. 纺织导报. 2006(07)
[10]工业循环冷却水中金属的腐蚀与腐蚀控制（Ⅰ）[J]. 周本省. 清洗世界. 2005(06)
博士论文
[1]镁合金仿生超疏水涂层的构建及耐腐蚀性研究[D]. 李大伟.吉林大学 2019
[2]金属有机骨架材料在海洋腐蚀检测与防护中的应用研究[D]. 陈怀银.中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) 2019
[3]基于纳米容器自修复防腐涂层的制备及其性能研究[D]. 刘雪辉.山东大学 2019
[4]基于微弧氧化膜多孔性的镁合金双重自修复涂层的制备及修复机理研究[D]. 刘丹.中国科学技术大学 2019
[5]静电纺纳米纤维支架的结构调控、生物功能化及其在软组织修复中的应用[D]. 吴桐.东华大学 2018
[6]若干缓蚀剂的负载方法及其在涂层防护中的应用[D]. 徐俊波.浙江大学 2018
[7]分子间电子转移增强吸附的复配缓蚀剂协同效应机制研究[D]. 韩鹏.中国石油大学(北京) 2016
[8]刺激响应型纳米容器的制备及其在防腐涂层中的应用研究[D]. 陈涛.南京理工大学 2015
[9]甲基纤维素增重造粒关键技术研究[D]. 任建华.中国矿业大学（北京） 2012
硕士论文
[1]超疏水/双疏纳米纤维膜的制备及膜蒸馏性能研究[D]. 陆纯.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]沉淀膜型缓蚀剂的机理研究[D]. 胡帅.华中科技大学 2019
[3]静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备及性能研究[D]. 杨梅.西安工程大学 2019
[4]季铵盐壳聚糖/聚乙烯醇静电纺复合纳米纤维膜及其性能研究[D]. 王陈蓉.东华大学 2019
[5]电镀锌三价铬黑色钝化与封闭方法研究[D]. 景媛.大连理工大学 2019
[6]纳米纤维素基超疏水涂料的制备及其应用研究[D]. 郑学梅.华南理工大学 2019
[7]负载缓蚀剂的介孔二氧化硅微球的制备及其在涂料中的应用[D]. 梁家妮.华南理工大学 2019
[8]适于油田采出水的抗硫缓蚀剂的合成与性能研究[D]. 张琳琳.西安石油大学 2015
[9]钢中渗碳体的冷变形与溶解机制[D]. 赵晓.燕山大学 2014
[10]聚乙烯醇复合纳米纤维的制备及其性能研究[D]. 李亚楠.合肥工业大学 2014
本文编号：3079980
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
制备的微胶囊的SEM图(a)，破裂的微胶囊(b)[25]
广西大学博士学位论文pH响应型芯壳纤维自修复涂层制备及防腐性能研究4加速型和大尺寸破损型[21-23]。Wang等[24]研究了一种水触发型异氰酸酯微胶囊自修复涂层，该涂层一旦破损微胶囊便会释放异氰酸酯进行修复，能够有效的抑制了腐蚀产物的生成。Attaei等[25]采用乳化法制备了高效、耐热、化学性能稳定的异佛尔酮二异氰酸酯微胶囊，并将微胶囊加入环氧涂层中来保护碳钢免受腐蚀。结果表明微胶囊改性涂层的防护性能随时间的增加而增加。通过局部阻抗谱（LEIS）、扫描振动电极技术（SVET）和扫描离子选择电极技术（SIET）对含有人工缺陷的涂层钢试样的自修复能力进行了研究。研究证实了微胶囊能够在修复涂层中的受损区域，并通过形成一层保护性的高分子屏障来减缓腐蚀，如图1-1所示为微胶囊的SEM示意图。图1-1制备的微胶囊的SEM图(a)，破裂的微胶囊(b)[25]Fig.1-1SEMphotomicrographofasproducedMCs(a);brokenMC(b).Hu等[26]制备出一种环氧复合材料双微胶囊环氧胺自修复涂层。采用油包水乳状液界面聚合法制备出具有环氧-乙二胺外壳的微胶囊。结果证明微胶囊是制备自修复复合材料的适宜材料。含环氧树脂微囊12wt.%、含乙二胺微囊8wt.%时，自修复环氧树脂的抑制效率达到80.4%。该研究为液体胺微胶囊的制备提供了一种新的方法。这种新颖有效的自修复系统可用于开发各种应用的环氧基结构复合材料。图1-2含乙二胺微胶囊的合成机理示意图[26]Fig.1-2SchematicshowingthesynthesismechanismofEthylenediaminecontainingmicrocapsule.
广西大学博士学位论文pH响应型芯壳纤维自修复涂层制备及防腐性能研究5自修复材料中的微胶囊常常存在分散均匀性差、制备复杂等缺陷，未来需要改善的几点如下：微胶囊改的外径尺寸尽量降低到纳米级别，增加特定表面体积比是增加自修复性能有用的途径之一；芯材缓蚀剂的自修复时间加快是必要的；开发经济实用的微胶囊制备工艺，达到工业规模化生产以得到更多的应用。1.3.2纳米容器型负载缓蚀剂技术纳米容器是指具有纳米尺度的能储存/释放所需物质的中空材料[27]。一般可将其分为无机纳米容器和有机纳米容器，有机纳米容器主要包括聚电解质的层层自组装、嵌段共聚物的自组装、种子沉淀聚合等，制备过程较为复杂，尤其是聚电解质纳米容器必须与涂层兼容，才可避免涂层变形。而多数无机介孔材料常用作负载缓蚀剂的容器，是由于多数无机纳米容器比表面积较大，表面易修饰，价格便宜等优势被广泛应用[28]。比较受研究者青睐的有水滑石，埃洛石纳米管，介孔二氧化硅等无机介孔材料。Xu等[29]人介绍了一种简单的一步法制备纳米容器的方法，该方法使用介孔二氧化硅负载抑制剂，具有很高的抑制剂负载率，并具有H+离子响应抑制剂释放特性。Alibakhshi等[30]通过共沉淀法获得了不同pH条件下的硝酸盐插层Zn-Al-LDHs。结果表明，层间间距增加对氯离子有较高的吸附能力，能有效延缓腐蚀的发生。图1-3在pH=9.5±0.5（最高层间距）和pH=12.5±0.5（最低层间距）条件下合成LDHs缓蚀性能的机械描述[30]。Fig.1-3MechanisticdescriptionofcorrosioninhibitionperformanceofLDHssynthesizedatpH=9.5±0.5(highestinterlayerspacing)andpH=12.5±0.5(lowest)assignedtogoodandpoorperformance.
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂料缓蚀剂的研究现状与发展[J]. 王伟杰,秦俊岭,徐慧,赵起锋,刘博,徐琳,尚跃再,王焕焕,朱国利,廖伍彬. 全面腐蚀控制. 2020(01)
[2]聚乙烯醇静电纺丝纳米纤维的制备及形貌研究[J]. 田华峰,袁理,王海亮,项爱民. 中国塑料. 2018(12)
[3]壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备及表征[J]. 王丹,单小红,裴要果. 上海纺织科技. 2016(09)
[4]静电纺丝法制备聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维及其SERS特性[J]. 宋薇,李婷婷,王旭,赵冰. 光谱学与光谱分析. 2015(07)
[5]缓蚀剂的分类和发展方向[J]. 王英,曹祖宾,孙微微,张繁军. 全面腐蚀控制. 2009(02)
[6]电纺法制备壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维[J]. 鲍扬波,王家俊. 浙江理工大学学报. 2008(02)
[7]含氟硅丙烯酸酯乳液超疏水膜中疏水基团的梯度分布与表面微观结构研究[J]. 曲爱兰,文秀芳,皮丕辉,程江,杨卓如. 高分子学报. 2007(12)
[8]从天然动植物中提取绿色缓蚀剂的研究进展[J]. 蒋伟,龚敏. 清洗世界. 2007(04)
[9]天然高分子的静电纺丝[J]. 张春雪,袁晓燕,盛京. 纺织导报. 2006(07)
[10]工业循环冷却水中金属的腐蚀与腐蚀控制（Ⅰ）[J]. 周本省. 清洗世界. 2005(06)
博士论文
[1]镁合金仿生超疏水涂层的构建及耐腐蚀性研究[D]. 李大伟.吉林大学 2019
[2]金属有机骨架材料在海洋腐蚀检测与防护中的应用研究[D]. 陈怀银.中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) 2019
[3]基于纳米容器自修复防腐涂层的制备及其性能研究[D]. 刘雪辉.山东大学 2019
[4]基于微弧氧化膜多孔性的镁合金双重自修复涂层的制备及修复机理研究[D]. 刘丹.中国科学技术大学 2019
[5]静电纺纳米纤维支架的结构调控、生物功能化及其在软组织修复中的应用[D]. 吴桐.东华大学 2018
[6]若干缓蚀剂的负载方法及其在涂层防护中的应用[D]. 徐俊波.浙江大学 2018
[7]分子间电子转移增强吸附的复配缓蚀剂协同效应机制研究[D]. 韩鹏.中国石油大学(北京) 2016
[8]刺激响应型纳米容器的制备及其在防腐涂层中的应用研究[D]. 陈涛.南京理工大学 2015
[9]甲基纤维素增重造粒关键技术研究[D]. 任建华.中国矿业大学（北京） 2012
硕士论文
[1]超疏水/双疏纳米纤维膜的制备及膜蒸馏性能研究[D]. 陆纯.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]沉淀膜型缓蚀剂的机理研究[D]. 胡帅.华中科技大学 2019
[3]静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜的制备及性能研究[D]. 杨梅.西安工程大学 2019
[4]季铵盐壳聚糖/聚乙烯醇静电纺复合纳米纤维膜及其性能研究[D]. 王陈蓉.东华大学 2019
[5]电镀锌三价铬黑色钝化与封闭方法研究[D]. 景媛.大连理工大学 2019
[6]纳米纤维素基超疏水涂料的制备及其应用研究[D]. 郑学梅.华南理工大学 2019
[7]负载缓蚀剂的介孔二氧化硅微球的制备及其在涂料中的应用[D]. 梁家妮.华南理工大学 2019
[8]适于油田采出水的抗硫缓蚀剂的合成与性能研究[D]. 张琳琳.西安石油大学 2015
[9]钢中渗碳体的冷变形与溶解机制[D]. 赵晓.燕山大学 2014
[10]聚乙烯醇复合纳米纤维的制备及其性能研究[D]. 李亚楠.合肥工业大学 2014
本文编号：3079980
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