金屬腐蝕會造成巨大的經(jīng)濟損失,發(fā)生腐蝕現(xiàn)象后不但需要對腐蝕部位重新修復(fù),并且會對周圍環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。由于腐蝕性介質(zhì)會不斷對涂層進行入侵,并且涂層的工作環(huán)境一般會使涂層受到摩擦磨損,傳統(tǒng)的防腐涂層對金屬基體的防護效果往往不明顯。具有多功能的高效防腐耐久涂層是近年來防腐涂層方向的研究熱點。本文從填料的功能化改性出發(fā),以環(huán)氧樹脂/聚苯硫醚(PPS)聚合物為基體,通過加入功能化改性填料作為涂層的功能化改性方式,制備出可以在不同領(lǐng)域應(yīng)用的功能化防腐涂層,涂層的特殊功能與防腐性能相互促進會進一步提高涂層的防腐性能。最終通過簡單的噴涂方法制備出防腐蝕性能優(yōu)異,機械性能強的新型功能型涂層。論文主要內(nèi)容可概括為以下幾點:1)以多孔鈦基材料為多孔填料,通過水熱法與浸漬法將緩蝕劑化合物A(compound A)與阻垢劑咪唑啉組裝并填充到多孔鈦基填料內(nèi)外表面,得到功能化鈦基填料。將一定量的功能填料添加到環(huán)氧樹脂中噴涂得到高效防腐阻垢涂層。應(yīng)用紅外測試(FTIR)、比表面積測試(BET)、熱重(TG)以及掃描電鏡(SEM)等手段研究了緩蝕劑與阻垢劑對多孔鈦基填料的改性程度,利用電化學(xué)阻抗和鹽霧試驗以及結(jié)垢測試等方法考察了涂層的防腐阻垢性能,同時探究了功能防腐阻垢填料對涂層的防腐阻垢性能的影響。結(jié)果表明,添加了功能填料的功能涂層的防腐性能是未改性涂層的40倍,功能涂層的結(jié)垢率是未改性涂層的0.03倍。進一步探討了改性填料的加入涂層防腐阻垢性能提高的原因,并揭示了功能助劑在涂層中存在的形式與涂層的防腐阻垢機理。2)以硅基天然多孔無機物為填料,利用十八烷基磷酸酯(C18P)對多孔無機物進行改性,并在氮氣氛圍下對改性填料進行高溫煅燒,得到表面碳化的多孔無機填料。利用多種表征手段對碳化多孔無機填料進行表征。結(jié)果表明,經(jīng)過水熱處理的多孔無機填料表面成功的接枝了C18P,經(jīng)過碳化改性后的多孔無機物具有高親水性與高親油性。填料經(jīng)過碳化改性后可以提高填料與樹脂的相容性,含油填料加入涂層后可以有效的提高涂層的耐磨防腐性能。此外,從分子層面闡明了填料表面碳化改性過程,揭示了碳化改性填料及吸油后制備的功能涂層的防腐耐磨機理。3)利用硅基天然多孔無機物為填料,利用不飽和酸化合物B對多孔無機填料進行改性,通過特殊的制備手段將多孔無機填料內(nèi)外非均一改性。改性后的多孔無機物內(nèi)外表面分別含有親油基團與親水基團,將潤滑油灌充到多孔無機填料內(nèi)表面后,含油的多孔無機填料能夠分散到水性溶液中。利用FTIR測試對功能填料進行表征,以電化學(xué)阻抗、摩擦磨損實驗、SEM-EDS、結(jié)垢測試以及耐水熱實驗對涂層進行分析。結(jié)果表明,添加了含油填料的涂層的摩擦系數(shù)為0.4,添加了固體潤滑劑PVDF的涂層摩擦系數(shù)為0.52,含油涂層在單位時間內(nèi)受到摩擦引起的質(zhì)量損失為添加了固體潤滑劑PVDF涂層的0.125倍。進一步探索了多孔無機物填料內(nèi)外非均一改性過程,揭示了含油填料加入涂層后潤滑油在涂層中的分布形式與狀態(tài)對涂層阻垢防腐性能的作用機制。4)利用針狀氧化鋅以及碳納米管(CNTs)為無機復(fù)合納米填料,通過利用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)以及二甲基硅油(PDMS)對填料進行疏水改性,將改性后的填料混入到具有良好的耐高溫性能的PPS樹脂中,通過調(diào)控CNTs的含量來控制涂層的疏水性能。利用FTIR測試來表征填料的改性程度,通過SEM、耐溫測試、摩擦測試、疏水角測試、滾動角測試、涂層的粘附力測試以及耐酸堿測試對涂層進行表征。結(jié)果表明,添加了改性復(fù)合納米填料的涂層疏水角最高可達172°,可在p H=1到p H=14的介質(zhì)中保持疏水性能,并且耐溫性能良好。探討了超疏水涂層與高疏水涂層在表面結(jié)構(gòu)相同但表面能不同的情況下,二者防腐性能的差異,討論了超疏水涂層的防腐機理。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

圖 1-1 （a）雙酚 A 環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式；（b）PPS 結(jié)構(gòu)式Fig. 1-1 (a) Structural formul of abisphenol a epoxy resin; (b) Structural formul of PPS1.3 金屬的腐蝕與防護1.3.1 金屬的腐蝕機理

5圖 1-2（a）海洋平臺的腐蝕現(xiàn)象；（b）海洋運輸管道外表面腐蝕現(xiàn)象；（c）金屬容器的腐蝕泄露現(xiàn)象；（d）橋梁支撐柱涉水區(qū)域的腐蝕現(xiàn)象；（e）金屬運輸管道內(nèi)壁的腐蝕現(xiàn)象Fig. 1-2 (a) Corrosion of the ocean platform; (b) Surface corrosion of the pipe; (c) Corrosion of metalcontainers; (d) The corrosion phenomenon of the wading area of the bridge supports; (e) Corrosion of theinner wall of metal transportation pipeline通常把金屬的腐蝕現(xiàn)象定義為[55]：在周圍環(huán)境介質(zhì)的作用下，金屬與相關(guān)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起金屬的變質(zhì)或破壞的現(xiàn)象。鋼鐵材料在大氣中發(fā)生生銹反應(yīng)，埋在地下的金屬管道發(fā)生穿孔泄露現(xiàn)象；海洋設(shè)施中各種合金的逐漸消蝕；輪船被海水腐蝕；路上交通工具的生銹現(xiàn)象，上述事實均為腐蝕現(xiàn)象[56]。金屬發(fā)生腐蝕時不僅會產(chǎn)生上述影響經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)象，通常還會引起危害人民群眾生命安全的事件。例如地下地上輸油輸氣管道因腐蝕而造成的破損導(dǎo)致介質(zhì)的泄露；船舶因為腐蝕而發(fā)生沉船；建筑物因為腐蝕而發(fā)生坍塌；游樂設(shè)施因為腐蝕而發(fā)生脫軌墜落。上述現(xiàn)象表明，腐蝕的發(fā)

東北石油大學(xué)博士研究生學(xué)位論文陽極區(qū)產(chǎn)生陽離子與陰極區(qū)產(chǎn)生陰離子的過程。腐蝕產(chǎn)物形成后產(chǎn)生推動下發(fā)生擴散。涂層的屏蔽機理是因為涂層的阻隔作用抑制了這些發(fā)生過程。同時，涂層如果具有良好的與基底的粘附力，固化后的涂的粗糙結(jié)構(gòu)填充，從而代替了能使金屬電子轉(zhuǎn)移的腐蝕介質(zhì)，最終可進行，有效地防止了在金屬表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)，減少腐蝕產(chǎn)物的堆積堆積引起涂層的鼓泡，從而延長了涂層的壽命。
【參考文獻】

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本文編號：2854437