改性海泡石—纳米钛/环氧树脂复合涂层材料的制备及防腐性能研究

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金属腐蚀对当代人民生活和环境造成严重的危害,在各类防腐技术中,涂料保护是一种最简单有效的方法。环氧树脂(EP)涂料因其粘接强度高,耐腐蚀性强,机械性能好等优点,广泛应用于防腐领域。然而,固化后的EP涂料脆性大、收缩率低,耐腐蚀周期相对较短。通过将功能性的无机纳米填料应用到环氧树脂涂料中是增强涂料防腐性能的有效途径之一。海泡石(SEP),作为一种新型无机纳米填料,储量丰富,性能优异,耐腐蚀性好。然而,天然的SEP表面亲水且有较多杂质,不利于其在环氧树脂涂料中的应用;纳米钛粉,作为一种球状纳米填料,强度高,耐腐蚀性能强。然而,它容易在EP涂料中发生团聚。为此,为了降低EP涂料的生产成本,提高环氧树脂涂料的耐腐蚀等综合性能,改善填料在EP涂料中的分散性。本论文首先成功制备出有机海泡石(OMSEP)和有机海泡石/纳米钛粉(OMSEP/Ti)复合材料,并将两者分别加入到EP涂料中制备出耐腐蚀优异的OMSEP/EP复合涂料和OMSEP-Ti/EP复合涂料。研究了两种复合物对涂料防腐性能的影响及防腐机理。本论文的具体研究内容如下:(1)改性SEP过程中的最佳工艺参数的确定。通过XRD、FT-IR、接触角、SEM和TEM等测试手段分析了改性前后SEP材料的变化情况。结果表明:酸改性SEP时的最佳工艺为:稀盐酸浓度为2 mol/L,反应温度为80℃,反应时间为12 h;硅烷偶联剂KH570改性SEP的最佳工艺为:硅烷偶联剂KH570的添加量为填料的50%,反应温度为95℃,反应时间为4 h。经过对SEP的分步改性处理,SEP的接触角由最初的16°变为101°。(2)不同含量的OMSEP/EP复合涂料的制备及其防腐性能研究。探究了不同含量的OMSEP填料对纯EP涂料综合性能的影响。结果表明:无机纳米填料OMSEP的加入能显著提高纯EP涂料的综合性能,且当OMSEP填料的添加量为3%时,OMSEP/EP复合涂料附着力等级为1级,耐冲击性为52 kg.cm,磨耗量损失仅为0.01 g。此外,3%的OMSEP/EP复合涂料在低频区(|Z|0.01 Hz)浸泡120 h的阻抗值约为109Ω.cm2,比浸泡6 h的纯EP涂料高出三个数量级,表现出最优异的力学性能和耐腐蚀性能。(3)OMSEP-Ti复合材料的制备及其在环氧树脂涂料中的防腐性能研究。通过XRD、FT-IR、XPS、SEM等测试手段对OMSEP-Ti复合物进行表征分析。探究了OMSEP-Ti复合材料的最佳复合比例。研究了OMSEP-Ti/EP复合涂料的综合性能和腐蚀机理。结果表明:OMSEP-Ti复合材料的最佳复合比例为2:1,此时OMSEP-Ti/EP复合涂料耐撞击性能与纯EP涂料相比提升幅度为75%,耐磨性提升幅度为83.3%,耐化学试剂测试720 h后只发生轻微腐蚀;耐盐雾测试1500 h后表面依然完好无损。通过在涂料中腐蚀介质传播路径的变化情况探究了复合涂料的防腐机理。硅烷偶联剂的成功接枝和无机纳米材料“迷宫效应”共同促进了其耐腐蚀性能的提高。
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