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新型的纳米技术来提高水性环保环氧树脂涂层的耐腐蚀性能
发布:s0208_2016   时间:2016/11/14 10:22:22   阅读:176 
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环氧树脂为基材的材料具有良好的粘接性能、耐化学性、良好的加工性能和电绝缘性能等,因此环氧树脂材料也是一种最为通用的抗腐蚀涂层的基材。例如钢筋的表面就会包覆一层环氧树脂来防腐蚀。

环氧树脂能够保护钢材主要是由于:
首先,涂层本身可以作为物理隔绝层来延缓一些物质的倾入,如水、氧气以及氯化物等。这些物质的倾入将改变混凝土材料内部的碱性环境,从而使钢材的周边环境呈酸性,最终造成钢材的腐蚀。

其次,在涂层的内部可以引入抗腐蚀剂和一些其他的添加剂,涂层本身相当于一个载体。抗腐蚀剂可以和内部的氯化物作用,从而延缓材料的腐蚀作用。

但是,环氧树脂材料存在一个明显的缺点就是容易表面磨损且产生裂纹后,无法有效地组织裂纹的生长,从而造成材料破坏。因此从环氧树脂所起到的作用来讲,环氧树脂易受磨损也易破坏的特性会造成涂层耐腐蚀性能下降。环氧树脂涂层内部存在的缺陷也会造成水、氧气和其他物质的倾入,从而加速内部材料的腐蚀。

目前也有一些技术实现对环氧树脂的修复,来避免环氧树脂本身的缺点对耐腐蚀性能的影响。环氧树脂在固化过程中也存在一定的体积收缩,收缩过程中由于极性的影响也会吸收部分水分。近年来,随着纳米材料研究的兴起,纳米材料的引入可以有效地消除环氧树脂本身的不利影响。

传统的涂料技术采用的溶剂多为有机溶剂,在当前的环境下,有机环境的挥发对人体造成伤害,有机溶剂的释放也就是我们常说的VOCs。随着技术的发展,提出了以水为溶剂的环保涂料。

今天我们要介绍的正是符合当前涂料的绿色环保趋势,一种水性环保环氧涂料。来自华盛顿州立大学和武汉理工大学的联合研究课题小组将多种纳米材料引入到钢材表面的涂层上,该研究的选定了如下纳米材料:纳米氧化铁、多壁碳纳米管、硅氧烷改性的蒙脱土材料和纳米蒙脱土原土材料。选定的环氧树脂为ANCAREX AR555,固化剂为ANQUAMINE 419,碳纳米管选购的是NC 7000。

一些材料的微观结构见图1和2。相应的纳米材料涂层通过将纳米材料以溶液的形式引入到环氧树脂的固化过程。利用溶剂的可以有效地提升纳米材料在环氧树脂基材内部的分散,最后以真空法脱去溶剂。在这项研究中环氧树脂和固化剂以1:1的组成比例分别稀释,还有纳米材料溶液、环氧树脂和固化剂混合,最终搅拌的速度设定为1550 rpm,后经过超声10分钟。最终将钢材浸没在溶液内部并搅拌一分钟,最终在40 oC固化24小时。具有涂层的样品在室温下和一定的湿度下存放6天,最终获取满足测试的样品。
 
 
图1.碳纳米管的微观图像
 
 
图2.改性纳米粘土的扫面电镜图片
 
图3. 腐蚀速率的测定
 
图3显示了钢材的瞬时腐蚀速率,从图中可见抗腐蚀剂的含量在1.5%和3.25%之间时可以大大的降低钢材的腐蚀速率。实际上来讲,纳米填料的引入到环氧树脂之中,它们特殊的结构可以提升材料内部的致密结构提升环氧树脂本身的阻隔性能。考虑到一些纳米填料(如碳纳米管)会降低环氧树脂涂层的电阻,也会过高的提升钢材的腐蚀速率的实验值。对于非导电的涂层,腐蚀速率可以用于评价钢材与电解质之间的涂层的耐腐蚀性能。
 
该探索性研究获得如下发现:
首先,纳米材料的引入会提升涂层的一些性能,尤其是将纳米材料实现均匀分布后可以和涂层本身实现协同作用,提升材料的抗腐蚀性能。
其次,对于纳米材料而言其在材料内部的分散也是一个非常重要的因素,良好的分散可以提升材料的内部结构的致密性有效地提供屏蔽效应,因此分散程度也正比于涂层的抗腐蚀性能。
 
译者:德馨
译自:Int. J. Electrochem. Sci.
 
 
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