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天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授課題組：新型微網(wǎng)絡(luò)納米功能填料賦予聚合物基涂層超高防腐蝕性能

2021-08-24 16:00:29 作者：高分子科技來(lái)源：高分子科技分享至：

環(huán)氧涂層由于具有抗?jié)B透性能優(yōu)異、與金屬基板附著力高、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于保護(hù)金屬免受腐蝕。然而傳統(tǒng)的環(huán)氧涂層保護(hù)只能夠提供物理的屏障保護(hù)且其在固化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生微孔，不可避免的構(gòu)成了腐蝕介質(zhì)的滲透通道。此外，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，尤其是在深海、深油井等具有高壓、高鹽或者高氧的環(huán)境下，腐蝕介質(zhì)會(huì)在高壓或者高濃度的條件下滲透速度加快，從而使得涂層加速失效，金屬發(fā)生腐蝕。因此，開(kāi)發(fā)具有長(zhǎng)效防腐功能的涂層仍具有一定的挑戰(zhàn)性。

基于上述研發(fā)需求，天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)便的原位生長(zhǎng)法合成了一種新型微網(wǎng)絡(luò)納米功能填料CNTs/LDH-MoO4（CLM）。鉬酸根插入層狀氫氧化物在CNTs網(wǎng)絡(luò)框架引導(dǎo)下均勻生長(zhǎng)，形成了一種新穎的微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米功能填料。這種特殊的結(jié)構(gòu)不僅避免了CNTs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，而且減少了傳統(tǒng)LDH片的堆疊現(xiàn)象和CNTs的團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖1. 填料的合成示意圖

電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，CLM涂層具有優(yōu)異的腐蝕防護(hù)性能，在3.5 wt.％NaCl溶液浸泡60天的過(guò)程中低頻阻抗值一直保持在1011 ohm·cm2之上；另外考慮到高壓會(huì)加速腐蝕介質(zhì)的傳輸速度以及涂層的界面劣化，氧氣在腐蝕過(guò)程中可以直接參與陰極還原反應(yīng)，從而加速腐蝕，因此對(duì)涂層在3 MPa純O2和3.5 wt.％NaCl溶液耦合環(huán)境中的防腐性能進(jìn)行了進(jìn)一步的測(cè)試，研究結(jié)果表明CLM涂層在浸泡10天后的低頻阻抗值相對(duì)于空白涂層提高了3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，該涂層在3.5 wt.% NaCl 溶液中的腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行300天后（7200h）的低頻阻抗值仍然在1011ohm·cm2之上。因此，這項(xiàng)工作所合成的高性能納米功能填料具有寬闊應(yīng)用前景，例如空氣驅(qū)油HAPI，深海防腐等苛刻環(huán)境防腐提供了新的思路。

圖2. （a）不同涂層在3.5 wt.% NaCl溶液浸泡60天過(guò)程中的|Z| 0.01 Hz的變化，（b）不同涂層在浸入3MPa純O2和3.5 wt.% NaCl溶液耦合環(huán)境前后的Bode阻抗圖，（c）CLM涂層的長(zhǎng)效防腐效果

研發(fā)的CLM涂層具有優(yōu)異的防腐蝕性能的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）新型填料所形成的致密網(wǎng)絡(luò)；（2）CNT和LDH的互相限制改善了填料的分散性，且LDH在CNT上的包裹避免了在涂層中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的防腐性能；（3）CLM填料具有捕獲腐蝕介質(zhì)中的氯離子的能力，作為交換釋放緩蝕劑鉬酸根，從而使得涂層的耐腐蝕性進(jìn)一步提高。