论文部分内容阅读
随着经济的发展,出现了大量金属材料的工程和设施,由于潮湿、紫外等因素易被腐蚀而使其性能下降,导致使用寿命缩短,造成巨大的经济损失。最为经济有效的方式就是在金属材料表面涂覆涂层,受外力影响涂层也会产生裂缝,导致材料失去保护。自愈合涂层不仅能够在金属表面形成保护层隔绝环境中的腐蚀介质,当涂层发生破裂时,涂层中的愈合剂能够流至裂缝区域起到修复作用,因而成为了研究热点,但自愈合涂层也存在耐老化不佳的问题。木质素的芳香骨架和多羟基结构赋予其优异的分散性、反应性和紫外线阻隔性。本论文提出利用木质素的两亲性结构特征,在水包油乳液中包埋愈合剂制备微胶囊,再通过微胶囊表面的木质素上羟基与异氰酸酯基之间的反应得到微胶囊型自愈合涂层,制备的自愈合涂层能够快速修复裂缝,有效保护金属材料,并具有的抗紫外老化能力,本研究对于木质素在自愈合材料领域的应用具有指导意义。首先,以木质素磺酸钠（LS）作为乳化剂和壁材,通过界面聚合法在水包油乳液中包覆芯材异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）制备微胶囊（LS-IPDI）,再利用微胶囊表面LS的羟基依次与六亚甲基二异氰酸酯（HDI）和胺组分反应形成自愈合聚脲涂层。加入少量多苯基多亚甲基异氰酸酯（PMDI）以增强胶囊的壳材厚度和强度,红外测试表明PMDI与水反应生成了壳材中的脲键结构。确定LS-IPDI的最佳合成工艺条件如下:木质素磺酸钠含量为1 wt%,水油比为1.5:1,乳化时间为30s,转速为11000 rpm/min,该条件制备的微胶囊芯材IPDI含量为72.6%,平均粒径为55.2μm,壁厚为1.91μm,微胶囊表面紧密、热稳定性良好。制备的自愈合聚脲涂层具有明显的自愈合效果,在10 wt%NaCl溶液浸泡48h后的腐蚀速率比纯聚脲涂层降低了两个数量级。相比纯聚脲涂层,自愈合聚脲粘附性能更优,紫外光照后,自愈合涂层结构保持良好,颜色变化趋于平稳,表面粗糙度增加20%,保持光照前自愈合聚脲涂层40%的断裂强度和断裂伸长率。单一使用LS-IPDI制备自愈合环氧树脂涂层虽具有自愈合效果,但涂层力学性能欠佳,因此,采用改性木质素/二氧化硅复合纳米颗粒（PAL/SiO2）为乳化剂包埋IPDI制备Pickering乳液,将PAL/SiO2与PMDI的反应产物作为壁材制得微胶囊（PAL/SiO2-IPDI）,再通过直接混合法制备自愈合环氧树脂涂层。确定PAL/SiO2-IPDI的最佳合成工艺条件如下:PAL/SiO2浓度为0.5 wt%、水油比为1.5:1、反应温度为20oC、转速11000 rpm/min。该条件制备的微胶囊芯材IPDI含量为82.8%,平均粒径为73.1μm,壁厚为2.36μm,高盐浓度溶液中抗侵蚀测试显示,添加了PAL/SiO2-IPDI微胶囊的环氧树脂涂层在划破后能够快速愈合,显著降低基体的腐蚀电流和腐蚀速率。纳米压痕试验表明,加入PAL/SiO2复合粒子的涂层具有更好的力学性能,纯环氧涂层的硬度为249.99 MPa,而添加PAL/SiO2-IPDI微胶囊后硬度增加到302.98 MPa,弹性模量也有提高。