若干缓蚀剂的负载方法及其在涂层防护中的应用

摘要

涂层技术是使用最广泛也是最有效的一种金属腐蚀防护手段。传统的防护涂层一般只能为金属提供单一的物理屏障作用。而负载缓蚀剂的涂层体系能提供额外的主动防护功能。缓蚀剂在防护层中的负载可分为直接掺杂与微纳存储器负载两种方法。利用存储器负载可减少直接掺杂缓蚀剂对防护层的破坏和缓蚀剂的泄露失效。本论文利用一步法水热法和电沉积法制备负载缓蚀剂的介孔SiO2纳米存储器，分别构建了具有主动防护功能的涂层和超疏水薄膜；以碱扩散催化法制备SiO2预处理层负载缓蚀剂，构建了主动防护涂装体系；研究了可作为缓蚀剂存储器的低碳钢粗糙表面预处理层在涂装体系中的应用。 本论文的具体研究工作包括： （1）一步法制备负载缓蚀剂苯并三氮唑（BTA）的介孔SiO2纳米存储器并将其掺入涂层构建具有主动防护功能的涂层。该一步法利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）模板疏水胶束溶解负载BTA，省去了额外的除模板和吸附负载等步骤，且未使用有机溶剂，简便高效环保。缓蚀剂BTA在该介孔SiO2纳米存储器中的溶出具有酸性响应特性。掺入涂层后，该纳米存储器能在金属表面因发生腐蚀反应而发生pH变化时，受刺激释放BTA抑制金属腐蚀。实验表明，掺杂了上述SiO2纳米存储器的醇酸涂层对铜基底具有良好的防腐蚀效果。 （2）利用电沉积法以CTAB为模板在铝合金表面制备了负载BTA缓蚀剂的介孔SiO2超疏水薄膜，其腐蚀防护性能显著优于同类方法制得的SiO2超疏水薄膜。一方面，模板剂CTAB的加入促进了硅烷的缩聚沉积，为薄膜提供额外的多层次微纳粗糙结构，使其具有更优异的疏水性能。另一方面，该方法利用介孔SiO2纳米颗粒内的疏水胶束负载BTA，可实现pH响应释放。超疏水性能的提高与缓蚀剂的负载，使该SiO2超疏水薄膜显示出优异的腐蚀防护性能。 （3）利用简单的碱扩散催化法在低碳钢表面制备了SiO2薄膜并将其作为预处理层构建具有主动防护功能的涂装防护体系。低碳钢上吸附的碱能溶解扩散到溶液中催化硅烷缩聚形成SiO2薄膜。该法得到的SiO2薄膜厚度可达8μm，具有多层次微纳粗糙多孔结构，可与涂层形成机械互锁结构，增强了金属与涂层的结合力。以该SiO2薄膜为预处理层负载葡萄糖酸锌缓蚀剂的涂装体系具有主动防护功能和优异的综合防腐性能。 （4）利用稀硝酸的乙醇溶液刻蚀低碳钢表面，得到微米和亚微米尺度的粗糙结构。以该粗糙层作为预处理层涂覆后续涂层后，涂层渗入预处理层的凹坑孔洞中，两者形成机械“互锁“结构，增强了涂层与金属基底的结合力以及涂装体系的腐蚀防护性能。粗糙化预处理层的多孔结构具有负载缓蚀剂构建主动涂装防护体系的潜力。

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