氨基水杨酸掺杂型聚苯胺/氧化石墨烯水性防腐涂料的制备及性能研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hljsd
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水性防腐涂料由于VOC含量少,环境友好受到人们的欢迎,但水性涂料耐水性和附着力相对欠佳,耐久性和耐腐蚀性能不及油性涂料好,而限制了水性防腐涂料在高性能防腐领域中的应用。针对以上问题,本文以磷酸酯改性水性环氧乳液为聚合物,加入氨基水杨酸掺杂型聚苯胺/氧化石墨烯(PACA/GO)作为增效型填料,开发出一种新型增效型的防腐涂料,对涂料的耐久性、耐盐雾和电化学性能进行了研究,同时探讨了其防腐机理。采用种子乳液聚合的方法制备了磷酸酯改性水性环氧乳液,研究了乳化剂种类配比、反应温度、引发剂用量、磷酸酯单体、环氧树脂、硅烷偶联剂的种类和用量等因素对乳液和涂层性能的影响,优化出适宜的乳液合成工艺:反应温度在80°C,OP-10/SLS为3:1;乳化剂为3.48wt.%;磷酸酯单体为4wt.%;环氧树脂为30wt.%;引发剂为1.51wt.%;硅烷偶联剂为4.13wt.%,制得的水性环氧乳液附着力、硬度、耐水性、耐酸碱性等性能良好,乳液的各项性能均达到了相关国家标准。将5-氨基水杨酸作为掺杂酸采用原位聚合法制备了不同质量比的氨基水杨酸掺杂型聚苯胺/氧化石墨烯复合材料(PACA/GO)。用XRD、FTIR、UV、SEM分析了GO、PACA和PACA/GO复合材料的结构进行了表征,确定了目标产物。通过分析GO、PACA和不同质量比的PACA/GO的分散性、电化学活性,确定了GO与PACA的适宜比例。SEM分析可见,PACA均匀地分散在GO片上,GO呈现出不规则的薄片结构,PACA是具有轻微聚集的纳米球形颗粒结构,在水中分散良好,未出现聚集现象,随着复合材料中GO含量的增加,PAGO复合材料的水分散性逐步提升。电化学分析表明掺杂了0.5wt.%GO的PACA/GO聚合物材料增加了PACA的电化学信号强度。PACA与GO的质量比为5:1时,复合材料在乳液中分散性最好。通过配方设计优选了磷酸酯改性水性环氧乳液成膜物的成分含量,以PACA/GO复合材料作为功能性添加剂,制备了增效型水性防腐涂料并研究了复合材料的添加量对涂料性能的影响。采用动态机械性能分析(DMA)、开路电位(OCP)、极化曲线(Tafel)、交流阻抗方法(EIS)、电化学拟合、盐雾腐蚀实验等,研究了涂层的动态机械性能、物理阻隔性及防腐性能。PACA/GO复合材料,提升了涂料的耐久性和防腐性能。采用盐雾腐蚀实验对比盐雾试验前后试样颜色、表面平整程度和划痕处腐蚀宽度,来研究涂料的耐蚀性。结果表明,添加PACA/GO复合材料5wt.%时的涂层,在盐雾实验240h时间内仍然表面光滑平整,没有粗糙颗粒和气泡产生,涂层表现出良好的抗渗透作用和耐蚀性。GO具有片状纳米结构,能够阻挡电解质浸入基底,使电解质进入金属表面的路径变得曲折,从而能起到良好的物理隔绝作用。PACA可以在金属基体表面形成一层钝化膜,同时产生电场能够阻碍电子向外界传递,起到良好的防腐效果。PACA/GO复合材料在水性涂料中的分散性较好,复合材料的电化学活性得到增强,充分发挥GO和PACA的协同作用来提高涂料的防腐性能。推测增效机理为:PACA配备具有交换电子并俘获电子的能力,能够在腐蚀过程中强制性地防止阳极溶解。阳极反应生成的Fe2+和Fe3+由于PACA的存在而转化成Fe2O3和Fe3O4形成钝化膜从而实现对金属的保护作用;GO纳米片在环氧基质中适当分散能够显著增加电解质扩散路径的长度,同时对氧气和水的扩散提供有效屏障层而阻止扩散。PACA/GO加入到水性环氧乳液中显著增强了环氧涂层的阻隔性能和离子电阻。由于GO和PACA之间的π-π堆积作用,形成的强界面增加了电子离域并促进了氧化还原过程中的电荷转移,PACA/GO表现出比PACA的更高的电化学活性,改善PACA在水中的分散性,实现水性防腐涂料的增效性。该研究在水性防腐涂料性能增强和实际应用中具有可借鉴的指导意义。
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