改性氟碳助剂和ZIF-67填料及其增强环氧树脂防腐与耐磨性能研究

作     者：谭雅莉 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳晓平;张彪

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：石油管道 防腐涂层 环氧树脂 改性氟碳助剂 沸石咪唑酯骨架 防腐性能 耐磨性能 

摘      要：石油管道内防腐涂层技术在管道防腐中占据重要的地位，其中环氧树脂(EP)在防腐涂料中应用广泛。研究表明，在环氧树脂中添加表面活性剂和填料，可以起到有效改善抗渗透性差、微孔多等缺点的作用。含氟助剂作为表面活性剂的一种，具有化学稳定性较强、表面能低、疏水和疏油等优点，因而可以通过化学改性来增强有机涂料体系中疏水和疏油的功能。然而，含氟助剂存在相容性不强和结合力不强等缺点，这严重限制了其开发和应用。为了解决上述问题，本文创新性地选择具有优异粘结性的丙烯酸羟丙酯(HPA)和高相容性的四氟树脂来制备改性氟碳丙烯酸酯聚合物(FC),并将其与环氧树脂结合得到符合新型石油管道涂料性能要求的氟改性环氧树脂(FEP)。此外，大量的含氟助剂存在一定的环境污染性，相对而言，涂料中填料的使用量更低。因此，本文制备了另一种使用量更少的双疏水f-Ti@ZIF-67填料并探究了 f-Ti@ZIF-67/EP复合环氧树脂的防腐耐磨性能。本文具体研究内容及结果如下: (1)FC单体的制备及FEP性能研究。本文选用不同质量比的HPA与丙烯酸十七氟癸酯制备了 10种FC聚合物，并通过FTIR、XPS、TGA、XRD和GPC等表征手段证明了 FC的成功制备。其中，FC-5测得水接触角为133.2°，油接触角为76.7°，具有最优性能。将不同质量比的FC-5作为助剂添加到EP中，加入四氟树脂，借助基础测试手段探究了 FEP各项性能。结果表明，FC含量为5 wt％的环氧树脂(5-FEP)涂层附着力为1级，柔韧性为7级，具有良好的抗冲击性和优异的耐摩擦性能。此外，5-FEP具有最大的腐蚀电位(-0.03 V)和最小的腐蚀电流密度(3.42×10-14 A/cm2),腐蚀电流密度低于纯EP腐蚀电流密度2个数量级。5-FEP复合涂层在浸泡21 d后测得的阻抗值(Rc)仍高于108 Ω·cm2。 (2)f-Ti@ZIF-67的制备及f-Ti@ZIF-67/EP性能研究。本文利用超疏水功能的十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)修饰具有沸石咪唑盐框架的ZIF-67以及超疏水功能的全氟辛基三乙氧基硅烷(FAS)修饰具有润滑功能的TiO2，成功制备出了f-Ti@ZIF-67,并在 EP 中添加 1 wt％的 f-Ti@ZIF-67 制备出 f-Ti@ZIF-67/EP。通过各种测试手段对其进行常规性能，润湿性能，摩擦性能和防腐性能分析，结果表明，f-Ti@ZIF-67在酒精中有良好的分散性，附着力为1级，柔韧性为7级，具有优异的抗冲击性和耐摩擦性能。此外，f-Ti@ZIF-67/EP测得的腐蚀电流密度为4.76×10-14 A/cm2,低于纯EP腐蚀电流密度6个数量级。浸泡14 d后，f-Ti@ZIF-67/EP复合涂层测得的Rc仍高于1011 Ω·cm2,与浸泡14 d后的纯EP涂层测得的Rc相比，高出近6个数量级。f-Ti@ZIF-67/EP涂层表面经过14 d加速腐蚀盐雾试验仍然保持完好。