1、微球负载缓蚀剂型自修复涂层的制备及性能研究摘 要涂层防护是目前防止金属腐蚀最有效的方法之一。然而，防腐涂料在使用过程中内部会产生微裂纹，这会降低涂层的防护效果。具有自修复功能的涂层可以在微裂纹形成早期修复裂纹，其中微球负载缓蚀剂型自修复涂层是常见自修复涂层。本文通过低压渗透法将三种类型缓蚀剂（咪唑、1,2,4三氮唑、苯并三氮唑）负载到多孔二氧化硅微球中，采用热重分析试验测量微球中缓蚀剂的负载量，结果表明，微球中三种缓蚀剂的负载量分别为16.34wt%、18.07wt%、33.87wt%；然后将负载缓蚀剂的二氧化硅微球加入到丙烯酸聚氨酯中，以Q235钢材作为基体材料，利用划痕模拟微裂纹，通过划痕
2、浸泡试验考察微球负载缓蚀剂型自修复涂层的宏观自修复性能，通过动电位极化曲线和交流阻抗考察微球负载缓蚀剂自修复涂层的对涂层缺陷的愈合作用。结果表明，相比于对比试样，掺杂负载BTA微球的涂层具有较小的自腐蚀电流密度和更大的电荷转移阻抗，说明当涂层内部产生微裂纹时，暴露出来的微球对微裂纹有一定愈合作用，从而保护涂层缺陷处的铁基体材料。关键词：多孔二氧化硅微球；腐蚀；缓蚀剂；负载；自修复；涂层Preparation and properties of self-healing coating microspheres load inhibitor typeAbstractCoating protect
3、ion is one of the most effective way to prevent metal corrosion. However, micro cracks will appear in the course of the use of anti-corrosion coating, which will reduce the protective effect of the coating. The coating with self-healing function can be repaired in early stage of micro crack, and the
4、 microsphere loaded inhibitor self-healing coating is one of most common self-healing coating.In this paper, three types of corrosion inhibitor be used low osmosis (imidazole 1,2,4-triazole and BTA) load into the porous silica microspheres, thermal gravimetric analysis was used to measure the load o
5、f the corrosion inhibitor in the microspheres. The results show that the load percentage of three kinds of inhibitors are 16.34wt%, 18.07wt%, 33.87wt%; Then add the silica microspheres of the load inhibitors to the acrylic acid polyurethane, taking Q235 steel as matrix material, manufacturing scratc
6、hes are used to simulate the micro cracks, through scratch immersion test to investigated the macro self-healing properties of the self-healing coating, The healing effect of the self-healing coating on the coating defects was investigated by using the dynamic potential polarization curves and AC im
7、pedance. The results show that compared to the contrast specimen, doping load BTA coating microspheres having a smaller corrosion current density and larger charge transfer impedance, indicating when micro-cracks within the coating, the microspheres exposed to micro-cracks have a healing effect to p
8、rotect the coating defect of iron-based material.Keywords：porous silica；corrosion；corrosion inhibitor；load；self-healing；coating 目 录第1章 前言11.1 涂料对金属的防护11.2 缓蚀剂对金属的防护21.3 自修复涂层对金属的防护21.3.1 自修复涂层简介21.3.2 自修复涂层的类型及原理31.3.3 自修复涂层的发展41.4 选题目的及研究内容5第2章 试验器材及试验方法62.1 试验材料及试验仪器62.1.1 试验材料62.1.2 试验仪器62.2 多孔二氧
9、化硅的基本表征62.2.1 XRD试验62.2.2 SEM试验72.3 缓蚀剂的负载及检测方法72.3.1 缓蚀剂的负载方法72.3.2 缓蚀剂负载量的检测方法72.4涂层的制备方法92.4.1 普通涂层的制备方法92.4.2 自修复涂层的制备方法102.5 涂层性能的检测方法102.5.1 涂层的宏观耐蚀性研究方法102.5.2 涂层的电化学性能研究方法11第3章 普通涂层的性能研究133.1 铁基体/涂料体系的性能研究133.1.1 铁基体/涂料体系的宏观耐蚀性研究133.1.2 铁基体/涂料体系的电化学性能研究133.2 铁基体/涂料/SiO2体系的性能研究153.2.1 多孔SiO2表
10、征的结果153.2.2 铁基体/涂料/SiO2体系的宏观耐蚀性研究163.2.3 铁基体/涂料/SiO2体系的电化学性能研究173.3 铁基体/涂料/缓蚀剂体系的性能研究193.3.1 铁基体/涂料/缓蚀剂体系的宏观耐蚀性研究193.3.2 铁基体/涂料/缓蚀剂体系涂层的电化学性能研究213.4 总结24第4章 铁基体/自修复涂层的性能研究254.1 缓蚀剂负载量的研究254.2 铁基体/自修复涂层的性能研究264.2.1 铁基体/自修复涂层的宏观耐蚀性研究264.2.2 铁基体/自修复涂层的电化学性能研究284.2.3 小结314.3 总结31第5章 结论33致 谢34参考文献35第1章 前
11、言第1章 前言无论在我们的日常生活中还是高科技领域中，各种金属、非金属、有机、无机等材料在应用的过程中都会发生一定不同程度的腐蚀，可以说腐蚀现象无时不在。众所周知，较其他橡胶、塑料或木质等材料，金属具有强度大、硬度高、精密性较好等优势。金属被广泛应用于建筑的框架结构、精密仪器的零部件、保护壳等。不好的是，一旦发生严重的腐蚀将会导致直接的财力、物力等重大损失。对于应用于大型结构框架的金属，发生严重腐蚀的后果可能不堪设想 谢云杰, 姚安林, 钱浩, 等. 海底管道系统失效可能性评价方法研究J. 中国海上油气 (工程), 2007, 19(2): 134-138.。所以采取一定的防腐措施是必要的。当
12、然防腐的手段也是多种多样的，从改善外部的环境到选择合理的材料，再到适当改善材料的内部结构以及采用物理、化学等多种方法进行保护。但在具体的实际应用中，对于不同的腐蚀情况，我们并没有采取应对该腐蚀最有效的方案。因为我们还要考虑到材料所处的环境因素、经济因素、环保安全等方面。一般情况下，我们对金属采取附着涂层保护的措施 马运柱, 黄倩芳, 刘文胜. 金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状J. 兵器材料科学与工程, 2011, 34(4): 80-85.。1.1 涂料对金属的防护金属的腐蚀是日常生活中最为直观的现象之一。所谓金属的腐蚀便是金属材料在一定的条件下，与环境中的腐蚀介质发生物理、电化学、化
13、学等作用而引起其性能的降低、退化、破坏等 徐永祥, 严川伟, 高延敏,等. 大气环境中涂层下金属的腐蚀和涂层的失效J. 中国腐蚀与防护学报, 2002, 22(4):249-256. DOI:10.3969/j.issn.1005-4537.2002.04.013.。金属材料的腐蚀过程比较复杂，按照其作用机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀 侯淑芳, 周志军. 船舶海水管系的腐蚀问题及防止措施J. 南通航运职业技术学院学报, 2009, 7(4): 76-79.。金属的腐蚀类型主要取决于金属所处的外界环境，是电解质还是非电解质。涂层保护是防止金属腐蚀最常见的措施之一，例如汽车的外壳、大型桥
14、梁建筑的金属框架等。要对金属材料施以有效的涂层保护，论述其保护原理，就有必要对涂层有所了解。涂料是涂装到物体的表面且可以成膜，主要起到了保护、标志、装饰、防污、隔热等其他特殊功能的一种材料。涂层对金属的保护主要有以下几个方面的作用：一是屏蔽作用。许多涂层对酸、碱、盐都具有一定的化学惰性，并且电阻较高。不仅阻碍了金属基体与腐蚀介质的接触，而且还抑制了电子的转移，从物理和电化学方面保护了金属基体；二是颜料的钝化、缓蚀作用。颜料是涂层重要组成部分，不仅具有美化的效果，而且有些颜料可以与金属基体发生反应，使其钝化或者生成保护性物质。从而提高了涂层的保护作用；三是电化学保护作用。在涂料中，掺杂了一定量的
15、比基体金属电位更低的金属粉末，当金属处于腐蚀介质中，掺杂的金属粉末先于金属基体发生腐蚀，从而保护了金属基体 龙萍. 热海水环境下铝/锌牺牲阳极电化学性能的研究D. 哈尔滨工程大学学报, 2006.。虽然涂料在金属的保护中具有多种作用，同时随着防腐蚀与涂料的制造技术的发展，涂料也向着更多功能化方向发展。但是对于保护金属基体的涂层来说，一般情况下涂层直接暴露于外界环境且与腐蚀介质直接接触，特别当外界环境处于不稳定的状况下，对涂层的保护性能造成更大的影响，最终涂层失去保护作用。1.2 缓蚀剂对金属的防护可见在涂层保护的作用下，金属仍然面临着腐蚀的危害。在金属的防护中人们进行了更深层的探究，添加缓蚀剂就是其中的一种措施之一。所谓的缓蚀剂也就是腐蚀抑制剂，是指在腐蚀的环境中加入少量缓蚀剂可以减缓腐蚀的速率，同时还不影响材料的机械、物理、化学等性能 王丹. 用丝束电极研究缓蚀剂对金属局部腐蚀的影响D. 湖南大学, 2005.。缓蚀剂的利用也就是这近代才开始的，主要是工业革命的开始。从缓蚀剂的开始使用到近代，使用在酸性环境条件下的缓蚀剂品种就超过了5000余种，缓蚀剂的作用在工业、石油化工等行业都有着不可取代的作用 余志强. 氯甲烷脱水系统高温高效缓蚀剂的研制D. 天津大学,
