【摘 要】
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金属腐蚀能够极大地改变金属材料的物理化学特性,对环境和经济具有重大影响,而传统涂层腐蚀防护技术存在涂层使用寿命偏短的问题,这限制了涂层材料的应用和发展。近年来,具有主动防护能力的智能防腐涂层因其能够像生物组织一样进行自我修复,可以实现对金属的长效防腐,因此逐渐受到研究者的关注。本论文设计和制备了以金属有机框架材料(ZIF-8)为纳米容器的多功能刺激响应控释系统,并将其应用于水性环氧涂层中来制备智能
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金属腐蚀能够极大地改变金属材料的物理化学特性,对环境和经济具有重大影响,而传统涂层腐蚀防护技术存在涂层使用寿命偏短的问题,这限制了涂层材料的应用和发展。近年来,具有主动防护能力的智能防腐涂层因其能够像生物组织一样进行自我修复,可以实现对金属的长效防腐,因此逐渐受到研究者的关注。本论文设计和制备了以金属有机框架材料(ZIF-8)为纳米容器的多功能刺激响应控释系统,并将其应用于水性环氧涂层中来制备智能防腐涂层,研究了纳米填料p H刺激响应可控释放缓蚀剂的能力以及复合涂层对碳钢基底的防腐蚀性能,并对涂层的防腐蚀机理进行了探究。主要研究内容和结论如下:(1)单宁酸改性BTA@ZIF-8材料的制备及性能。本章采用一锅法成功实现了缓蚀剂苯骈三氮唑分子(BTA)在ZIF-8中的高效封装(BTA@ZIF-8,ZB-x),ZIF-8显示出对BTA良好的负载能力,研究了BTA添加量对产物尺寸、形貌以及BTA负载率的影响,阐明了BTA的影响机制;使用单宁酸(TA)对ZB-2进行表面改性,并考察了该材料(BTA@ZIF-8@TA,ZBT)的p H刺激响应可控释放缓蚀剂性能。结果表明,单宁酸表面改性显著增强了ZB-2在涂层中的分散性,且BTA的释放表现出明显的pH依赖性。电化学交流阻抗测试(EIS)、盐雾腐蚀试验和盐水浸没试验被用于对涂层的防腐蚀性能进行评价。结果表明,ZBT可以有效地增强涂层的长期防腐蚀性能,并赋予其优异的自修复特性,这些优异的性能与ZBT在涂层中的良好分散性,Zn2+、2-甲基咪唑和BTA在水溶液中二次反应生成的疏水性物质的阻隔作用以及BTA和单宁酸的缓蚀作用有关。(2)PDA改性Ce掺杂ZIF-8复合材料的制备及性能。本章以上一章中提到的BTA@ZIF-8的合成路线为基础,采用一锅法将Ce引入到ZIF-8中制备了Ce掺杂的复合材料BTA@Zn/Ce-ZIF-8(ZB-Ce),成功实现了ZIF-8对两种缓蚀剂(BTA与Ce离子)的同时负载,并使用聚多巴胺(PDA)对ZB-Ce(10:1)进行表面改性得到ZBP-Ce。采用SEM、XRD、FT-IR和XPS对所制备材料的物理化学性质进行了表征。结果表明,ZBP-Ce具有良好的p H刺激响应释放特性,且显示出更快的BTA释放速率。此外,PDA表面改性显著改善了ZB-Ce与涂层的相容性。EIS结果表明,BTA与Ce离子存在协同缓蚀效应,与未掺杂环氧涂层相比,ZBP-Ce/EP涂层在浸没35 d后仍然没有出现腐蚀,其涂层电阻值相较未掺杂环氧涂层高约2个数量级,这可以归结于良好分散的ZBP-Ce纳米粒子的阻隔作用以及缓蚀剂的高效协同作用。
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