二维Ti3C2 MXene基复合材料的制备及其水性环氧复合涂层的防腐性能研究

作     者：李程程 

作者单位：上海电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾广新;徐群杰

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：Ti3C2 MXene 磷酸锌(ZP) 聚苯胺(PANI) 水性环氧涂层 防腐性能 

摘      要：二维材料TiC MXene具有较大的比表面积、优异的亲水性和导电性,在催化、储能、电磁屏蔽以及防腐涂层等领域有广阔的应用前景。TiCMXene具有独特的层状结构,因而对HO、O和Cl等腐蚀介质具有极好的阻隔性能。然而,优异的亲水性和导电性阻碍了TiC MXene纳米片在金属防腐领域的进一步应用。本文分别使用HF处理和LiF+HCl处理前驱体TiAlC MAX前躯体,制备出不同形貌的TiC MXene-1和TiC MXene-2纳米片,对比研究了TiC MXene-1和TiC MXene-2对水性环氧涂层防腐性能的影响。接下来,成功合成了氨基功能化TiC MXene@ZP和TiC MXene@PANI纳米复合材料,并研究了氨基功能化TiCMXene@ZP和TiC MXene@PANI两种纳米复合材料对水性环氧涂层防腐性能的影响。结果表明,TiC MXene-1和TiC MXene-2对水性环氧涂层的防腐性能表现出完全不同的影响,前者能够显著提升水性环氧涂层的防腐性能;氨基功能化TiC MXene@ZP和TiC MXene@PANI纳米复合材料使得水性环氧涂层具有长期和高效的防腐性能。(1)分别使用HF和LiF+HCl处理前驱体TiAlC MAX前躯体,制备出不同形貌的TiC MXene。发现HF处理的TiC MXene-1纳米片的片层较薄,片层平直,层间距均匀,呈现出“手风琴形貌;而TiC MXene-2纳米片的片层较厚,片层弯曲,层间距不均匀,具有较明显的过度刻蚀痕迹。最后,对比研究了TiC MXene-1和TiC MXene-2纳米片对水性环氧涂层的防腐性能的影响,发现TiC MXene-1纳米片具有优异的阻隔性能,显著提升了水性环氧涂层的防腐性能;TiC MXene-2纳米片快速降低了水性环氧涂层的防腐性能,这归因于Li的插层作用使得TiCMXene-2的导电性比TiC MXene-1提升了两倍。(2)首先使用APTES对TiC MXene-1纳米片进行氨基功能化,然后使用超声协助-静电自组装法合成了氨基功能化TiC MXene@ZP纳米复合材料。在氨基功能化TiC MXene@ZP纳米复合材料中,高结晶度的ZP晶粒以薄膜的形式均匀地负载于氨基功能化TiC MXene纳米片的表面。与TiC MXene-1相比,氨基功能化TiC MXene@ZP纳米复合材料使得水性环氧涂层的防腐性能进一步提高。原因可以归结为:TiC MXene纳米片的阻隔作用与磷酸锌(ZP)的钝化作用的协同发挥,同时,氨基功能化TiC MXene@ZP纳米复合材料与水性环氧涂层具有良好的相容性。(3)首先质子化苯胺(ANI)静电吸附于TiC MXene-2纳米片层表面,然后使用原位插层聚合法成功合成了TiC MXene@PANI纳米复合材料,大幅度地降低了TiC MXene-2纳米片的导电性。在TiCMXene@PANI纳米复合材料中,高掺杂的PANI均匀地负载于TiCMXene纳米片的表面及层间。与TiC MXene-2纳米片不同,TiCMXene@PANI纳米复合材料使得水性环氧涂层具有长期和高效的防腐性能,这归因于TiC MXene纳米片的阻隔作用与聚苯胺(PANI)的钝化作用的协同发挥。