【摘 要】
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腐蚀现象在当今社会随处可见,引起了大家的广泛关注。腐蚀问题既造成了资源的浪费,又带来了灾难性事故,尤其是在金属制品的运输、储存过程中极易产生腐蚀现象,造成外观受损,
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腐蚀现象在当今社会随处可见,引起了大家的广泛关注。腐蚀问题既造成了资源的浪费,又带来了灾难性事故,尤其是在金属制品的运输、储存过程中极易产生腐蚀现象,造成外观受损,性能下降。防腐蚀可剥离膜是一种临时性防护材料,其不仅能够有效阻隔腐蚀粒子对金属材料的侵蚀,而且使用时可迅速剥离,循环重复利用。随着复合材料的快速发展,使用单一材料来解决金属的腐蚀问题已不能满足社会的需求,而传统防腐蚀涂料剥离难度较大,因此,开发一款既能有效保护金属材料,又能实现快速启封的防腐蚀可剥离膜迫在眉睫。本研究采用分子动力学(MD)模拟技术预测增容剂[硅烷偶联剂KH560(KH560)、端氨基丁腈橡胶(ATBN)和硅烷偶联剂KH560-端氨基丁腈橡胶(KH560-ATBN)]的引入对聚偏氟乙烯(PVDF)/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体(TPU)复合材料相容性的影响,进而以PVDF为基材,TPU为增韧剂,KH560、ATBN和KH560-ATBN分别为增容剂,制备增容改性的PVDF/TPU复合材料,验证MD模拟结果,并进一步探讨其增容机理。其次,以不同类型的聚苯胺(PANI)[本征态聚苯胺(EB)、盐酸掺杂聚苯胺(PANI-HCl)和十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PANI-LABSA)]为防腐蚀填料,探讨其含量对可剥离膜防腐蚀性能的影响。最后,以MD模拟技术为基础,通过防腐蚀可剥离膜与Fe(100)晶面的吸附行为和腐蚀粒子在防腐蚀可剥离膜中的扩散行为两个方面,并结合实验结果阐述防腐微观机理,以期为后续的防腐蚀研究提供理论指导和基础数据。本研究的主要内容和结果如下:(1)复配增容剂KH560-ATBN的引入使PVDF与TPU的Flory-Huggins相互作用参数(χ)明显低于临界值χc,溶度参数(δ),内聚能密度(CED)增大。此外,共混结合能下降,范德华作用能、二面角扭转能等上升,表明KH560-ATBN增容PVDF/TPU复合材料具有显著效果。(2)当KH560-ATBN添加量为10%、KH560/ATBN为3/1,成膜温度为50℃时,PVDF与TPU的界面粘结性明显得到改善。同时,红外吸收频率及元素结合能的偏移验证了PVDF及TPU与KH560-ATBN之间的氢键相互作用,且与MD模拟结果一致。此外,KH560-ATBN增容PVDF/TPU的机理为:KH560-ATBN中ATBN链段与PVDF彼此缠绕,相互混溶,而水解后两端KH560中大量羟基与TPU分子链中氨基甲酸酯键及醚键相互吸附,从而生成氢键,改善了PVDF与TPU的可混合性。(3)结合防腐蚀性能与力学性能发现,当EB、PANI-HCl和PANI-LABSA含量分别为1wt%、3wt%和3wt%时,三种防腐蚀可剥离膜综合性能最佳。PANI使可剥离膜的结晶度和热稳定性略有提高,同时,氧化膜的形成减缓了腐蚀速率。(4)防腐蚀可剥离膜与Fe(100)晶面的吸附行为和腐蚀粒子在防腐蚀可剥离膜中的扩散行为的MD模拟结果表明,PANI的加入使防腐蚀可剥离膜与Fe(100)晶面的吸附能显著提高,其中N与Fe(100)晶面的相互作用力最大,吸附最为牢固。自扩散性能和扩散系数下降,FFVB(Cl-)A(Cl-),FFVB(H2O)A(H2O),说明了扩散被抑制。此外,PVDF/TPU/PANI可剥离膜对碳钢的防腐机理主要为屏蔽作用,吸附膜理论和金属钝化理论。
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