搜索:  
天津大学汪怀远团队 CEJ:一种具有优异多功能长效水性防腐涂层
2023-02-24  来源:高分子科技

  金属腐蚀在工业上是一种普遍存在的现象,在世界范围内会造成巨大的经济损失、严重的环境污染问题以及未知的安全隐患。因此,已采用多种策略提高金属耐腐蚀性,包括阴极保护、阳极钝化、表面涂层技术、缓蚀剂等。目前,表面涂层技术作为一种经济且高效的防护“外衣”手段受到广泛关注和研究。表面涂层技术中环氧树脂因其优异的耐腐蚀性、化学稳定性和电绝缘性等而被广泛应用。然而,传统溶剂型环氧在使用过程成会产生大量挥发性有机化合物(VOCs),对人体健康和环境安全造成一定的威胁。近年来,绿色环保的水性环氧涂料逐步取代传统溶剂型环氧涂料。水性涂料虽具有低VOCs,优异的附着力等优势。但水性环氧涂料中亲水基团较多,容易形成极性通道,会降低涂料的耐水性。此外,水性涂料在交联固化过程中,会产生许多的微孔和缺陷。这些均会加速腐蚀介质的渗透,降低防腐性能。因此,提高水性涂料的长效防腐性能至关重要。


图1 (L) “六边形战士”性能图文摘要;(R)JNS合成工业流程及JNS/WEP制备流程


  针对上述问题,天津大学汪怀远教授团队成功制备一种具有两亲性的二维片状二氧化硅Janus(JNS)填料,采用喷涂技术成功制备一种结合物理阻隔、界面增强以及主动保护的多重协同防腐功能的新型长效水性防腐涂层。通过前期文献调研及实验条件摸索,作者成功通过溶胶-凝胶反应,利用界面诱导自组装一步合成JNS,制备工艺简单,合成路线绿色环保。将JNS引入水性环氧树脂(WEP)中,制备新型水性JNS/WEP涂层,充分发挥JNS的优势,一方面利用亲水端与环氧基团发生反应减少亲水基团数量同时改善界面相容性;另一方面,借助疏水基团提高涂层耐水性。同样,发挥片状JNS的物理阻隔优势,减少水、氧的透过性,抑制碳钢表面电化学腐蚀,形成复合钝化膜。最终,在3.5wt%NaCl溶液中浸泡130天,1.0% JNS/WEP涂层的阻抗模量达1010ohm cm2以上,具有长效防腐能力。 



  近日,上述研究成果以“A multifunctional and long-term waterborne anti-corrosion coating with excellent ‘hexagonal warrior’ properties”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上,论文的第一作者为天津大学化工学院硕士研究生裴鲁超,通讯作者为天津大学化工学院汪怀远教授


  基于Janus具有各向异性、表面可修饰性和形貌多样性,作者首先通过SEM、FT-IR、XPS、TGA、等表征JNS的成功制备,其次进行水接触角、乳化性实验证明JNS的两亲性及乳化性能;通过粘附力、吸水率、耐磨、自修复等实验直接验证JNS的引入有效提高WEP涂层各个性能;并通过EIS、盐雾数据,XPS以及拉曼等实验结合性能分析详细阐述防腐蚀机理。下面是文章部分相关表征和性能展示。 


图2 (a-b) AJN和JNS形貌;(c) JNS和AJN的TGA;(d-e) JNS的XPS分析 


图3 JNS和AJN的(a) FT-IR;(b) XRD;(c) JNS的TEM;(d-e) JNS和AJN的Mapping 


图4 (a) WEP;(b) AJN/WEP;(c) 1.5% JNS/WEP;(d) 1.0% JNS/WEP和(e) 0.25% JNS/WEP涂层在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡130天的Bode和Nyquist图 


图5 EIS等效电路模拟


 图6 (a)耐磨性实验示意图;(b)不同涂层磨损循环后的磨损损失


  在这项工作中,利用溶胶-凝胶成功合成JNS,并将其引入WEP中充分利用Janus优点,形成具有多种协同腐蚀保护的坚固、环保的水性涂料。经过130天3.5wt% 的NaCl溶液浸泡,JNS/WEP涂层的|Z|0.01Hz仍保持在1010ohm cm2以上,比WEP涂层高2个数量级。主要得益于JNS/WEP涂层保护机制(1)片状Janus能有效延长腐蚀路径,起到一定的物理屏障作用;(2)Janus填料的疏水端有效提高涂层的耐水性;(3)Janus的亲水端在改善填料分散性的同时,提高填料与树脂间的交联密度,减少涂层内部缺陷,增强界面相互作用;(4)发挥JNS/WEP涂层的高阻隔性优势,降低水、氧渗透性,抑制电化学/化学腐蚀以及能与Fe3+配位共同形成致密的复合钝化膜。四重保护机制协同防护,共同提高涂层的防腐蚀性能。此外,经过测试JNS/WEP涂层的自修复性、耐磨性、疏水性、粘附性以及界面相容性均有所提高,形成一个具有“六边形战士”性能的综合水性防腐涂层。这一工作有望为制备高性能水性防腐涂料提供新思路,以及拓宽Janus应用领域,促进多领域跨学科交叉融合发展。


  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141158

版权与免责声明:中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻