在金屬防腐領(lǐng)域,環(huán)氧涂層因優(yōu)良的耐化學(xué)品和較高的防腐性能而得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)方法主要采用在涂料中添加顏填料來提高涂層的防護(hù)性能。然而,對(duì)于大多數(shù)環(huán)氧涂層來說,難免存在微觀缺陷(例如較多的微孔、填料具有親水性等),界面相容性差等問題導(dǎo)致涂層長(zhǎng)效防腐性能不佳,難以勝任苛刻環(huán)境下的防腐需求。
疏水填料與疏水涂層因獨(dú)特的拒水能力,可以延緩甚至阻止腐蝕介質(zhì)溶液的滲透,在金屬防腐領(lǐng)域應(yīng)用前景巨大。然而,目前相關(guān)研究主要集中于超疏水表面的制備,為了獲得構(gòu)建超疏水表面所必需的納微結(jié)構(gòu),通常需要向樹脂基體中添加大量的填料,這樣一來填料與樹脂基體之間的相容性,粗糙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以及力學(xué)強(qiáng)度等諸多問題均需要一一解決,因此超疏水涂層的工業(yè)化應(yīng)用難度極大,進(jìn)展緩慢。因此,研究開發(fā)新型疏水功能填料,尋求高效簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效疏水防腐功能,是防腐領(lǐng)域亟需解決的問題。
基于上述研發(fā)需求,天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)合成了聚氟苯胺納米新材料,通過精細(xì)調(diào)控反應(yīng)條件制備了形貌各異,氟含量可控的疏水防腐聚氟苯胺(PFAN)填料。所開發(fā)的PFAN填料在許多常規(guī)有機(jī)溶劑中具有優(yōu)異的分散性及溶解性,可方便用于多種涂料體系中。
圖1:PFAN不同形貌及其疏水角(a)50℃、(b)30℃、(c)(d) 0℃;(e)PFAN中氟元素和氮元素含量比。
研究發(fā)現(xiàn),PFAN表面豐富的疏水氟基團(tuán)克服了聚苯胺本身親水的缺陷,添加到環(huán)氧樹脂中能大幅降低涂層的吸水率。合成的聚氟苯胺納米材料具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率,賦予了含PFAN環(huán)氧樹脂涂層出色的減摩耐磨性能。
圖2:(a)涂層吸水率;(b)涂層相對(duì)厚度損失隨Taber摩擦機(jī)摩擦圈數(shù)的變化。(樣品命名規(guī)則:PFAN+其在整個(gè)涂層中的質(zhì)量占比百分?jǐn)?shù))
此外,XPS分析結(jié)果表明聚氟苯胺具有很強(qiáng)的納米鈍化能力,其能夠與鐵基體表面融為一體形成一層有機(jī)/無機(jī)保護(hù)膜。同時(shí),這種疏水填料還具備優(yōu)異的阻水隔水性能。這些特點(diǎn)賦予了PFAN樹脂涂層優(yōu)異的防腐性能。在3.5%氯化鈉鹽溶液中,薄涂層的電化學(xué)阻抗值一直維持在11次方以上,3.5%氯化鈉溶液中的腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一年半多(13368h)以后低頻阻抗值仍然保持初始值。該成果為許多苛刻環(huán)境(工況)下使用的金屬材料的防腐提供了新的思路和解決方案。
圖3:涂層覆蓋下的鐵基板上XPS總譜(a)純環(huán)氧,(b)PFAN3;Fe 2p峰(c)純環(huán)氧,(d)PFAN3涂層。右4個(gè)圖為不同涂層EIS阻抗數(shù)據(jù)。(e) 涂層超長(zhǎng)效防腐效果。
以上研究成果發(fā)表在腐蝕領(lǐng)域權(quán)威期刊Corrosion Science(Volume 178, Jan. 2021, 109094)上。論文的第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院碩士生李成,通訊作者為天津大學(xué)化工學(xué)院汪懷遠(yuǎn)教授。
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X20323751
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