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天津大學汪懷遠教授課題組：新型微網絡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：高分子科技來源：高分子科技分享至：

環氧涂層由于具有抗滲透性能優異、與金屬基板附著力高、成本低等優點而被廣泛用于保護金屬免受腐蝕。然而傳統的環氧涂層保護只能夠提供物理的屏障保護且其在固化過程會產生微孔，不可避免的構成了腐蝕介質的滲透通道。此外，在實際應用環境中，尤其是在深海、深油井等具有高壓、高鹽或者高氧的環境下，腐蝕介質會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，金屬發生腐蝕。因此，開發具有長效防腐功能的涂層仍具有一定的挑戰性。

基于上述研發需求，天津大學汪懷遠教授團隊通過簡便的原位生長法合成了一種新型微網絡納米功能填料CNTs/LDH-MoO4（CLM）。鉬酸根插入層狀氫氧化物在CNTs網絡框架引導下均勻生長，形成了一種新穎的微網絡結構納米功能填料。這種特殊的結構不僅避免了CNTs導電網絡的形成，而且減少了傳統LDH片的堆疊現象和CNTs的團聚現象。

圖1. 填料的合成示意圖

電化學測試結果表明，CLM涂層具有優異的腐蝕防護性能，在3.5 wt.％NaCl溶液浸泡60天的過程中低頻阻抗值一直保持在1011 ohm·cm2之上；另外考慮到高壓會加速腐蝕介質的傳輸速度以及涂層的界面劣化，氧氣在腐蝕過程中可以直接參與陰極還原反應，從而加速腐蝕，因此對涂層在3 MPa純O2和3.5 wt.％NaCl溶液耦合環境中的防腐性能進行了進一步的測試，研究結果表明CLM涂層在浸泡10天后的低頻阻抗值相對于空白涂層提高了3-4個數量級。而且，該涂層在3.5 wt.% NaCl 溶液中的腐蝕實驗進行300天后（7200h）的低頻阻抗值仍然在1011ohm·cm2之上。因此，這項工作所合成的高性能納米功能填料具有寬闊應用前景，例如空氣驅油HAPI，深海防腐等苛刻環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溶液耦合環境前后的Bode阻抗圖，（c）CLM涂層的長效防腐效果

研發的CLM涂層具有優異的防腐蝕性能的原因主要有以下幾點：（1）新型填料所形成的致密網絡；（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電網絡，進一步增強了涂層的防腐性能；（3）CLM填料具有捕獲腐蝕介質中的氯離子的能力，作為交換釋放緩蝕劑鉬酸根，從而使得涂層的耐腐蝕性進一步提高。