埃洛石纳米管—苯并三氮唑复合物的制备及其在防锈纸上的应用

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利用纳米粒子与无机物或有机物组合成复合材料,是材料科学发展的一个重要方向。埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes,HNTs)是一种新型的纳米材料,其具有中空管状结构、大的长径比、高的比表面积、优良的化学及热稳定性,且价廉易得。其独特的中空的结构可负载某些小分子物质或者化学单体,制备具有缓释功能的材料,达到控制功能组分释放的目的。本文利用HNTs的空腔结构,采用真空负压法负载了一种常用的气相防锈剂(Volatile Corrosion Inhibitor,VCI)—苯并三氮唑(Benzotriazole,BTA),制备出BTA-HNTs复合物,借助于聚电解质层层自组装技术,采用带正电的聚丙烯胺盐酸盐(Poly allylamine hydrochloride,PAH)和带负电的聚苯乙烯磺酸钠(Poly styrenesulfonate,PSS)在HNTs表面交替吸附,形成聚电解质层,实现对BTA-HNTs复合物进行多次包覆封装。将封装后的BTA-HNTs复合物与涂布淀粉和羧基丁苯胶乳及其他组分配成涂料,在本色牛皮纸上涂布得到具有缓释功能的气相防锈纸。研究了包覆层及环境pH值对BTA-HNTs复合物中BTA释放情况的影响以及制得的缓释型气相防锈纸对铜、铝、铁等金属的防锈效果。具体内容包括以下几个方面:1、研究了负载方式、干燥方式、混合溶液中水和乙醇比例、混合溶液中BTA浓度等因素对HNTs负载BTA的影响,在本研究范围内,较优负载条件是:间歇负载4次,每次两周期即每次共1h;采用烘箱热风干燥;混合溶液中乙醇占10%,水占90%(均为质量分数,下同);混合溶液中BTA浓度为3.0%。HNTs负载BTA量约为5%。2、研究了聚电解质PAH和PSS交替包覆BTA-HNTs复合物后颗粒Zeta电位的变化,以及包覆后BTA-HNTs复合物在不同pH值条件下的释放情况。结果表明,聚电解质PAH及PSS在BTA-HNTs复合物的管表面形成了封装包覆层。在中性(pH=6.5)的NaCl水溶液(浓度为0.5mol/L)环境中, BAT的释放量随BTA-HNTs复合物封装层数的增加而降低,在本研究范围内,封装四层后BTA-HNTs复合物中的BTA基本无释放。封装四层的BTA-HNTs复合物在酸性(pH=2.9)、中性(pH=6.5)和碱性(pH=10.0)的NaCl水溶液(浓度为0.5mol/L)环境中释放BTA的量有所不同, BTA浓度依次是pH=10.0> pH=2.9> pH=6.5,即在发生腐蚀的环境中,封装四层的BTA-HNTs复合物可释放更多的BTA。3、研究了涂布量对气相防锈纸防锈性能以及涂布淀粉/羧基丁苯胶乳配比对防锈纸表面强度的影响。实验结果表明,随着涂布量的增加,气相防锈纸对铜片的缓蚀率提高,防锈作用效果更好。在本研究范围内,涂布量为38g/m2的气相防锈纸的防锈缓蚀作用好。涂布淀粉和羧基丁苯胶乳配比为5:10时,纸张表面强度较高,基本满足防锈纸需求。4、对比研究了自制气相防锈纸和市售两种气相防锈纸对铜、铝和铁的防锈作用效果。结果表明,自制气相防锈纸对铜和铝防锈作用效果好,缓蚀率较大,达到甚至超过市售两种气相防锈纸;对铁的防锈作用效果一般,比市售两种气相防锈纸差。本论文研究表明,经聚电解质PAH和PSS交替包覆封装后的BTA-HNTs复合物可有效控制BTA释放;以封装后的BTA-HNTs复合物为颜料,经涂布制得的气相防锈纸对铜、铝的防锈作用效果好。
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