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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

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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...

作者：李程程上海电力大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： Ti3C2 MXene 磷酸锌(ZP) 聚苯胺(PANI) 水性环氧涂层防腐性能

功能化MXene基水性环氧复合涂层的防腐性能研究

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功能化MXene基水性环氧复合涂层的防腐性能研究

作者：黎思豪广东工业大学

学位级别：硕士

一直以来,腐蚀造成了严重的安全隐患、环境污染和巨大的经济损失。据估计,腐蚀造成的年经济损失甚至超过全球GDP的3%。在金属基材表面涂敷有机聚合物涂层是一种经济有效且应用广泛的防腐蚀方法。环氧树脂因其优异的性能而被广泛使用,例... 详细信息

一直以来,腐蚀造成了严重的安全隐患、环境污染和巨大的经济损失。据估计,腐蚀造成的年经济损失甚至超过全球GDP的3%。在金属基材表面涂敷有机聚合物涂层是一种经济有效且应用广泛的防腐蚀方法。环氧树脂因其优异的性能而被广泛使用,例如在基材上的良好附着力、高交联密度、优异的耐化学性和耐候性。但传统的溶剂型环氧涂料通常含有高挥发性有机化合物(VOCs),随着人们环保意识的增强,环保型水性环氧(WEP)涂料引起了越来越多的关注。然而,由于固化过程中水分的蒸发,WEP涂层中会产生微孔和微裂纹,腐蚀介质很容易渗透到金属表面并引发腐蚀。二维纳米材料有着大的横纵比、优异的水氧阻隔性能、抗离子渗透性和化学稳定性,将其作为功能填料与聚合物涂层复合可以发挥它的“纳米屏障效应”,进而在涂层中构建“迷宫效应”以延长腐蚀介质的渗透路径,为涂层的长效防腐提供了有力的保障。MXene作为一种新型二维材料,在2011年被首次发现,它是过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物。MXene具有高比表面积、优异的亲水性和丰富的表面功能基团,但MXene在有机聚合物涂层中易团聚及自然重堆叠趋势严重限制了其阻隔性能与防腐性能的有效发挥。本论文通过三种不同的方法对MXene进行功能化改性,提高MXene在WEP涂层中的分散性与界面相容性,进而增强复合WEP涂层的防腐性能,并探究其防腐性能增强机理。具体研究内容如下:(1)采用L-半胱氨酸对MXene纳米片进行修饰,以制备功能化MXene(fMX)杂化材料。FTIR、XRD、EDS和XPS的结果证实,L-半胱氨酸已成功地对MXene的表面进行功能化改性。随后,将fMX作为填料引入到WEP基体中制备复合涂层,通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PD)测试系统研究了涂层的防腐性能。结果表明,与空白WEP相比,在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡30天后,fMX/WEP仍保持较高的最低频率阻抗模量(1.21×10Ω·cm)和较低的腐蚀速率(7.95×10 mpy)。这是由于fMX纳米片在WEP基体中的良好分散性以及fMX提供的增强的阻隔性能。本章研究为绿色改性MXene提高涂层的耐腐蚀性提供了一种有前景的策略。(2)采用磷酸改性壳聚糖(mCS)功能化MXene(fMX),并用于赋予WEP涂层出色的防腐性能。结果表明,0.2 wt.%fMX/WEP的最低频阻抗模量(4.73×10Ω·cm)比空白WEP(2.09×10Ω·cm)高出两个数量级以上。0.2 wt.%fMX/WEP在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡50天后腐蚀电流密度仍然保持在5.44×10 A/cm,比空白WEP(5.23×10 A/cm)低近两个数量级以上。因此,这种新型的mCS功能化MXene可作为一种有效的复合纳米填料,用于制备MXene基高性能防腐涂料。(3)采用聚多巴胺(PDA)对由MXene和剥离的α-ZrP(e-ZrP)组成的二元填料进行原位功能化改性制得MXene-ZrP@PDA异质结构防腐填料。详细表征了MXene-ZrP@PDA的形貌、晶体结构组成和表面官能团。然后将MXene-ZrP@PDA引入WEP中,以实现在WEP中的均匀分散。采用EIS和PD测试评价了复合涂层的防腐性能,并通过摩擦试验测试涂层的耐磨性能。结果表明,MX-ZrP/WEP(1.70×10 mpy)的腐蚀速率比空白WEP(1.28×10 mpy)低1个数量级。此外,MX-ZrP/WEP复合涂层的磨损率与空白WEP涂层相比降低了82.06%。总之,通过复合MXene-ZrP@PDA可以显着提高WEP的防腐/耐磨性能。

关键词： MXene 水性环氧涂层功能化改性防腐性能

铁红颜料颜基比对含纳米氧化物的水性环氧涂层耐蚀性的影响

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腐蚀与防护 2021年第4期42卷 24-30页

作者：徐威左禹唐聿明赵旭辉北京化工大学材料科学与工程学院北京100029

采用电化学阻抗谱、红外光谱、马丘测试和极化曲线等研究了不同颜基比(铁红颜料与环氧树脂质量比)对含3%(质量分数)纳米二氧化钛粒子的水性环氧涂层耐蚀性的影响。结果表明:在含有纳米氧化物的水性环氧涂层中,添加铁红颜料能够进一步提... 详细信息

采用电化学阻抗谱、红外光谱、马丘测试和极化曲线等研究了不同颜基比(铁红颜料与环氧树脂质量比)对含3%(质量分数)纳米二氧化钛粒子的水性环氧涂层耐蚀性的影响。结果表明:在含有纳米氧化物的水性环氧涂层中,添加铁红颜料能够进一步提高涂层的耐蚀性;当颜基比为1时,涂层的耐蚀性最佳,在3.5%NaCl溶液浸泡8 000 h后,涂层阻抗仍然达到10^(9)Ω·cm_(2),与无铁红涂层的相比提高大约两个数量级;在含有纳米氧化物粒子的水性环氧涂层中加入铁红颜料不会降低涂层的附着力,且当颜基比为1时,涂层附着力有所提高。

关键词：水性环氧涂层铁红防锈颜料交流阻抗颜基比耐蚀性

功能化碳量子点修饰BNNS纳米填料的制备及其增强水性环氧涂层耐蚀性能的研究

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功能化碳量子点修饰BNNS纳米填料的制备及其增强水性环氧涂层耐蚀...

第二十二届全国缓蚀剂与水处理学术讨论会

作者：陈汇凯万闪廖伯凯郭兴蓬广州大学化学化工学院

目的水性环氧涂层由于挥发性化合物含量低、对金属的附着力强、电气绝缘性能好等特点,在防腐领域得到了广泛的应用。然而,水性环氧涂层在固化过程中会形成微孔和微裂纹,并且其亲水基团或化合物容易受到氧或水分子等腐蚀性介质的渗透,导... 详细信息

目的水性环氧涂层由于挥发性化合物含量低、对金属的附着力强、电气绝缘性能好等特点,在防腐领域得到了广泛的应用。然而,水性环氧涂层在固化过程中会形成微孔和微裂纹,并且其亲水基团或化合物容易受到氧或水分子等腐蚀性介质的渗透,导致涂层长效耐蚀性不佳。二维纳米材料六方氮化硼(h-BN)具有绝缘、非渗透性和高比表面积等优点,被认为是一种比石墨烯更具有潜力的防腐填料。但是h-BN在水性环氧涂层中的相容性和分散性较差,成为制约其广泛应用的关键问题之一。方法本文首次应用功能化碳量子点来改性并剥离氮化硼纳米片(FCDs/BNNS),将其作为纳米复合填料用于水性环氧涂层中以提高其耐腐蚀性能。结果研究结果表明:FCDs可显著提高BNNS在水性环氧涂层中的相容性和分散性,同时FCDs还使复合涂层具备一定的自修复能力。在该复合涂层体系中,BNNS作为物理屏障延长了侵蚀性介质的扩散路径,并填补水性涂层固有的缺陷,从而提高其腐蚀防护性能;此外,FCDs作为插层剂剥离了BNNS,增强其物理屏障效应。同时,FCDs还可以作为高效缓蚀剂,在涂层破损时可扩散并吸附在暴露的铜表面,抑制腐蚀的发展。结论 FCDs/BNNS纳米填料显著增强了水性环氧复合涂层对铜的腐蚀防腐性能。

关键词：二维纳米材料六方氮化硼碳量子点水性环氧涂层

来源： cnki会议评论

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改性纳米氧化锌水性环氧涂层的制备及其性能

材料保护 2018年第10期51卷 88-91页

作者：周强潘梦雅王文将辛志峰张千峰安徽工业大学分子工程与应用化学研究所

为了进一步探讨改性纳米氧化锌对水性环氧涂层性能的影响。将KH550改性纳米氧化锌均匀地分散在水性环氧乳液中，加入水性环氧固化剂，制备了一种水性环氧涂层。采用红外光谱、力学、电化学、中性盐雾、扫描电子显微镜、原子力显微镜等... 详细信息

为了进一步探讨改性纳米氧化锌对水性环氧涂层性能的影响。将KH550改性纳米氧化锌均匀地分散在水性环氧乳液中，加入水性环氧固化剂，制备了一种水性环氧涂层。采用红外光谱、力学、电化学、中性盐雾、扫描电子显微镜、原子力显微镜等测试方法，研究了不同改性纳米氧化锌含量时水性环氧涂层的力学性能、耐腐蚀性能。结果表明：改性纳米氧化锌水性环氧涂层的性能有提高，当其质量分数为0．3％时，该涂层具有良好的力学性能和耐蚀性能。

关键词：改性纳米氧化锌硅烷KH550 水性环氧涂层力学性能和耐蚀性能

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环氧磷酸酯/水性环氧涂层的耐蚀性能

中国表面工程 2015年第2期28卷 126-131页

作者：丁纪恒刘栓顾林赵海超余海斌中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 南京理工大学化工学院南京210094

为研究水性环氧涂层缓蚀剂的制备及其耐蚀性能,采用化学法将磷酸接到双酚A环氧树脂上,并与N,N-二甲基乙醇胺中和制备水性环氧磷酸酯。将环氧磷酸酯添加到双组份水性环氧树脂中制备3种环氧磷酸酯/水性环氧涂层(E44,0.2%P-E44和0.5%P-E44... 详细信息

为研究水性环氧涂层缓蚀剂的制备及其耐蚀性能,采用化学法将磷酸接到双酚A环氧树脂上,并与N,N-二甲基乙醇胺中和制备水性环氧磷酸酯。将环氧磷酸酯添加到双组份水性环氧树脂中制备3种环氧磷酸酯/水性环氧涂层(E44,0.2%P-E44和0.5%P-E44)。采用极化曲线和交流阻抗谱技术研究了环氧磷酸酯/水性环氧树脂对Q235钢基体在3.5%NaCl溶液中的防护性能。结果表明:浸泡24h后,0.2%P-E44/碳钢体系的自腐蚀电流密度(0.431μA/cm2)低于E44/碳钢体系(0.928μA/cm2)和0.5%P-E44/碳钢体系(0.553μA/cm2);在浸泡24h内,3种涂层的涂层电容Qc逐渐增大,涂层电阻Rc和电荷转移电阻Rct逐渐较小,环氧磷酸酯可以显著提高纯水性环氧的Rc和Rct,进而提高水性环氧的耐蚀性能。当水性环氧树脂中环氧磷酸酯的含量为0.2%时,其防护性能较好。

关键词：环氧磷酸酯水性环氧涂层腐蚀行为 Q235钢

不同颜基比的防锈颜料对含纳米氧化物的水性环氧涂层耐蚀性能的影响

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不同颜基比的防锈颜料对含纳米氧化物的水性环氧涂层耐蚀性能的影...

作者：徐威北京化工大学

学位级别：硕士

水性涂层由于其环境友好性近年间得到越来越广泛的应用,但与溶剂型涂层相比,水性涂层的耐蚀性有待进一步提高。本文通过极化曲线和电化学测试、Machu试验、红外光谱及SEM测试等手段研究了在含有3%纳米氧化物的水性环氧涂层中加入不同颜... 详细信息

水性涂层由于其环境友好性近年间得到越来越广泛的应用,但与溶剂型涂层相比,水性涂层的耐蚀性有待进一步提高。本文通过极化曲线和电化学测试、Machu试验、红外光谱及SEM测试等手段研究了在含有3%纳米氧化物的水性环氧涂层中加入不同颜基比的铁红颜料和磷酸锌颜料后对涂层耐蚀性的影响。得到主要结果如下:(1)分别用铁红防锈颜料与磷酸锌防锈颜料对含有纳米氧化物的水性环氧涂层的耐蚀性进行改性,结果表明在含有纳米氧化物的水性环氧涂层中加入不同颜基比(0.8、1、1.2)的铁红防锈颜料或磷酸锌防锈颜料后都能大幅提升涂层的耐蚀性能。(2)对几种涂层耐蚀性差异的机理进行研究,发现不含防锈颜料的水性涂层在溶液中浸泡几十天后防护作用就明显降低,而含有防锈颜料的水性涂层浸泡几百天后仍然保持着良好的耐蚀性能。通过阻抗模拟以及SEM测试分析可以知道在浸泡后期铁红颜料中氧化铝对腐蚀产物的高屏蔽性以及磷酸锌颜料中磷酸锌与腐蚀产物络合形成复杂物质堆积在涂层-基体之间堵塞腐蚀通道是两种涂层能够继续保持良好耐蚀性的主要原因。(3)当颜基比为1时,含有铁红和磷酸锌防锈颜料涂层的耐蚀性能最佳,其原因可能与水性环氧涂层的固化有关。颜基比低于1时,随颜基比升高,防锈颜料的防护效果增大;但若防锈颜料添加过多(颜基比超过1),大量的颜料粒子就会存在于环氧乳胶粒子之间的缝隙中,使得固化剂与环氧粒子更难接触,导致环氧涂层交联度的下降。因此当颜基比为1时涂层的耐蚀性能发挥最出色。(4)颜基比为1的含磷酸锌颜料的涂层比颜基比为1的含铁红颜料的涂层耐蚀性要好。原因可能有两方面:一是铁红颜料在涂层中以球状形式存在,而磷酸锌颜料是以片状形式存在,一般情况下片状物质的屏蔽性能要比球状物质好;其次是两种颜料的作用原理不同,铁红颜料主要是对基体进行屏蔽、对腐蚀产物分割包围,而磷酸锌颜料除此之外还能与腐蚀产物络合形成复杂的难溶物质堵塞腐蚀通道。(5)颜基比为1的含有等质量铁红与磷酸锌混合颜料的涂层其耐蚀性比不含防锈颜料的水性涂层也有大幅提高;但是与颜基比为1的铁红颜料和颜基比为1的磷酸锌颜料涂层相比,在耐蚀性方面大体相当,并没有进一步明显的提升。(6)将普通溶剂型的环氧涂层与所测试的几种水性环氧涂层在耐蚀性方面进行对比,发现溶剂型涂层的耐蚀性优于不含防锈颜料涂层的耐蚀性;然而在水性环氧涂层中加入防锈颜料后其耐蚀性大幅提高,比普通溶剂型涂层更加优异,这也为水性涂层的进一步推广应用提供了基础。

关键词：水性环氧涂层铁红颜料磷酸锌颜料交流阻抗颜基比耐蚀性能

纳米缓蚀剂的制备及其在水性环氧涂层中的应用

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纳米缓蚀剂的制备及其在水性环氧涂层中的应用

盐雾环境下钢基表面水性环氧涂层的性能劣化行为的电化学研究与快速评价

2021第八届海洋材料与腐蚀防护大会暨2021第二届钢...

作者：廖伯凯万闪郭兴蓬广州大学化学化工学院华中科技大学化学与化工学院材料化学与服役失效湖北省重点实验室

海洋工程结构材料在服役期间受到多相多场及腐蚀因子的耦合作用极易发生腐蚀失效,海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的三分之一,涂层保护法是防止此类材料海洋腐蚀最常用的一种方法。近些年,环保部等六部委联合印发《"十三五"挥发性有机污... 详细信息

海洋工程结构材料在服役期间受到多相多场及腐蚀因子的耦合作用极易发生腐蚀失效,海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的三分之一,涂层保护法是防止此类材料海洋腐蚀最常用的一种方法。近些年,环保部等六部委联合印发《"十三五"挥发性有机污染物工作方案》,大力号召绿色水性涂料替代有害挥发溶剂型涂料,"油转水"日渐成为发展趋势。然而,水性涂料中的"水"可能诱发金属发生腐蚀,并且在固化过程中常出现裂纹或起泡等现象,导致水性涂料的长期耐蚀性较差。如何设计并开发具有长效耐蚀性的功能化水性涂层具有重要理论意义和工业需求。二维纳米材料六方氮化硼(h-BN)因绝缘性能和非渗透性能俱佳,且具有高比表面积而被视作可取代石墨烯的纳米填料,依靠其物理阻隔作用可增强水性涂层的防腐能力。然而,当涂层发生破损时,水和腐蚀性介质的渗入会导致基体发生腐蚀及其与涂层之间的粘附力下降,最终涂层将会失去防护性能。近年来,"主动-被动防护"的概念在涂层领域受到了广泛地关注,它提倡将物理阻隔作用(被动防护)与刺激响应-抑制作用(主动防护)相结合,协同提升涂层的耐蚀能力。本工作成功制备功能化沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-7)和碳量子点等纳米缓蚀剂作为填料,辅助剥离h-BN纳米片的同时,当涂层破损时局部酸化加速纳米缓蚀剂粒子的释放来抑制金属基底的腐蚀,从而实现‘主动’防护功能。所制备的具有"主动-被动防护"双功能的纳米缓蚀剂填料,成功增强水性环氧复合涂料的长效耐蚀性。

关键词：水性环氧涂层六方氮化硼纳米缓蚀剂长效耐蚀性

来源： cnki会议评论

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盐雾环境下钢基表面水性环氧涂层的性能劣化行为的电化学研究与快...