防腐蝕功能性微球的制備及其應用研究.pdf

1、金屬腐蝕是生活和生產(chǎn)中的一種普遍存在的現(xiàn)象，這會顯著降低金屬材料的強度、塑性和韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等災難性事故。金屬的涂層防腐是防止金屬腐蝕的最有效的方法之一，而防腐涂層在使用過程中，會受到環(huán)境因素的影響，在涂層內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，加速金屬表面涂層的剝離，進一步加劇金屬的腐蝕。如何提高涂層的主動防腐性和自修復性，是金屬涂層防腐研究中亟待解決的

2、科學問題。
　　本論文一方面研究如何提高涂層的主動防腐性，另一方面研究如何提高涂層的自修復性。全文以乳液聚合技術為基礎，以實現(xiàn)金屬防腐蝕為目的，制備了負載緩蝕劑或自修復劑的亞微米級的微球或微膠囊。內(nèi)容包括通過反相微乳液聚合法制備負載緩蝕劑的中空介孔無機微球;采用多步乳液聚合法制備負載緩蝕劑的中空樹莓型聚合物微球;采用反相細乳液界面聚合的方法制備負載緩蝕劑的中空偶氮聚脲微球;以及采用正相乳液的原位聚合法制備包覆自修復劑的聚脲甲醛微膠

3、囊。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　一、通過反相微乳液聚合的方法，制備內(nèi)部負載緩蝕劑苯并三氮唑(BTA)的中空介孔SiO2微球(HSNs-M)，其內(nèi)壁用氫氧化鎂沉淀封閉介孔通道。TEM和氮氣吸附中BET的結果表明，此SiO2微球的內(nèi)部有空腔，其表面有介孔結構。BTA的實際負載率為287.17 mg(BTA)/1 g(HSNs-M)。紫外吸收光譜的結果表明，在腐蝕溶液中，HSNs-M對酸性的體系具有刺激響應釋放。最后，將經(jīng)過疏水化改性

4、的HSNs-M摻入合成的SiOx/ZrOx的無機涂料中，其復合涂層的水接觸角達到140°。通過交流阻抗譜法和Tafel曲線分析法對復合涂層的電化學性能進行研究，對比純SiOx/ZrOx的無機涂層和摻雜BTA的SiOx/ZrOx的無機涂層的性能，其復合涂層在0.1 M的NaCl溶液中，對鋁的腐蝕抑制效率達到99.26％，幾乎能完全阻止鋁表面的腐蝕發(fā)生。
　　二、采用多步乳液聚合的方法，制備亞微米級的中空樹莓型微球。BTA被包覆在由甲

5、基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)共聚物組成的核里面。另外，在堿性溶液中，微球的核內(nèi)（甲基）丙烯酸酯共聚部分，發(fā)生溶脹滲透作用，在核的表面會形成樹莓型的PS殼。TEM、SEM和氮氣吸附中BET的研究結果表明，此中空樹莓型微球的內(nèi)部有空腔，其表面有孔結構。由于中空樹莓型微球形成的膜的水接觸角達到122.3°，說明該微球具有比較好的疏水性。另外，通過FT-IR和元素分析的研究結果表明，BTA已經(jīng)被包覆在中空樹莓

6、型微球中，BTA的實際負載率為19.66 mg(BTA)/1 g(polymermicrospheres)。紫外吸收光譜的研究結果表明，在腐蝕溶液中，BTA的釋放具有pH刺激響應性。通過線性伏安法、交流阻抗譜法和Tafel曲線分析法對復合涂層的電化學性能進行研究，樹莓型結構以及包覆的BTA將賦予中空樹莓型微球良好的防腐蝕性能。最后，將負載BTA的中空樹莓型微球摻入聚氨酯膜中，涂覆在銅的表面，這種復合膜在酸性或堿性的溶液中能很好地抑制銅的

7、腐蝕。
　　三、以反相細乳液為基礎，通過甲苯二異氰酸酯(TDI)和二胺類單體在界面上的加成聚合，制備中空聚脲微球。研究結果表明，BTA能有效的包覆在中空微球中，并且通過溫度和紫外光的刺激，可以從微球中釋放出來。此外，通過TEM的研究結果表明，得到的中空聚脲微球的尺寸在100-500 nm之間。最后將負載緩蝕劑的中空微球摻入有機涂層中，通過交流阻抗譜法和Tafel曲線分析法對復合涂層的電化學性能進行研究，對比沒有摻雜的純有機涂層，負

8、載緩蝕劑的中空微球能提高涂層的防腐蝕性能，特別是涂層受紫外光照處理后，其腐蝕抑制效率達到84.46％。
　　四、采用原位聚合法，在水包油型的乳液中，制備包覆可紫外光固化的聚氨酯預聚體和光引發(fā)劑的混合物的聚脲甲醛(PUF)微膠囊。采用光學顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)進行分析，通過攪拌速度能夠改變微膠囊的平均尺寸。當攪拌速度為600 rpm時，微膠囊的產(chǎn)率和芯材包覆率分別為65.23 wt％、97.52wt％。將包覆可光固化自修