環氧樹脂為基材的材料具有良好的粘接性能、耐化學性、良好的加工性能和電絕緣性能等，因此環氧樹脂材料也是一種最為通用的抗腐蝕涂層的基材。例如鋼筋的表面就會包覆一層環氧樹脂來防腐蝕。

    環氧樹脂能夠保護鋼材主要是由于：

    首先，涂層本身可以作為物理隔絕層來延緩一些物質的傾入，如水、氧氣以及氯化物等。這些物質的傾入將改變混凝土材料內部的堿性環境，從而使鋼材的周邊環境呈酸性，最終造成鋼材的腐蝕。

    其次，在涂層的內部可以引入抗腐蝕劑和一些其他的添加劑，涂層本身相當于一個載體。抗腐蝕劑可以和內部的氯化物作用，從而延緩材料的腐蝕作用。

    但是，環氧樹脂材料存在一個明顯的缺點就是容易表面磨損且產生裂紋后，無法有效地組織裂紋的生長，從而造成材料破壞。因此從環氧樹脂所起到的作用來講，環氧樹脂易受磨損也易破壞的特性會造成涂層耐腐蝕性能下降。環氧樹脂涂層內部存在的缺陷也會造成水、氧氣和其他物質的傾入，從而加速內部材料的腐蝕。

    目前也有一些技術實現對環氧樹脂的修復，來避免環氧樹脂本身的缺點對耐腐蝕性能的影響。環氧樹脂在固化過程中也存在一定的體積收縮，收縮過程中由于極性的影響也會吸收部分水分。近年來，隨著納米材料研究的興起，納米材料的引入可以有效地消除環氧樹脂本身的不利影響。

    傳統的涂料技術采用的溶劑多為有機溶劑，在當前的環境下，有機環境的揮發對人體造成傷害，有機溶劑的釋放也就是我們常說的VOCs。隨著技術的發展，提出了以水為溶劑的環保涂料。

    今天我們要介紹的正是符合當前涂料的綠色環保趨勢，一種水性環保環氧涂料。來自華盛頓州立大學和武漢理工大學的聯合研究課題小組將多種納米材料引入到鋼材表面的涂層上，該研究的選定了如下納米材料：納米氧化鐵、多壁碳納米管、硅氧烷改性的蒙脫土材料和納米蒙脫土原土材料。選定的環氧樹脂為ANCAREX AR555，固化劑為ANQUAMINE 419，碳納米管選購的是NC 7000。

    一些材料的微觀結構見圖1和2。相應的納米材料涂層通過將納米材料以溶液的形式引入到環氧樹脂的固化過程。利用溶劑的可以有效地提升納米材料在環氧樹脂基材內部的分散，最后以真空法脫去溶劑。在這項研究中環氧樹脂和固化劑以1：1的組成比例分別稀釋，還有納米材料溶液、環氧樹脂和固化劑混合，最終攪拌的速度設定為1550 rpm，后經過超聲10分鐘。最終將鋼材浸沒在溶液內部并攪拌一分鐘，最終在40 oC 固化24小時。具有涂層的樣品在室溫下和一定的濕度下存放6天，最終獲取滿足測試的樣品。

    圖1.碳納米管的微觀圖像

    圖2.改性納米粘土的掃描電鏡圖片

    圖3. 腐蝕速率的測定

    圖3顯示了鋼材的瞬時腐蝕速率，從圖中可見抗腐蝕劑的含量在1.5%和3.25%之間時可以大大的降低鋼材的腐蝕速率。實際上來講，納米填料的引入到環氧樹脂之中，它們特殊的結構可以提升材料內部的致密結構提升環氧樹脂本身的阻隔性能。考慮到一些納米填料（如碳納米管）會降低環氧樹脂涂層的電阻，也會過高的提升鋼材的腐蝕速率的實驗值。對于非導電的涂層，腐蝕速率可以用于評價鋼材與電解質之間的涂層的耐腐蝕性能。

    該探索性研究獲得如下發現：

    首先，納米材料的引入會提升涂層的一些性能，尤其是將納米材料實現均勻分布后可以和涂層本身實現協同作用，提升材料的抗腐蝕性能。

    其次，對于納米材料而言其在材料內部的分散也是一個非常重要的因素，良好的分散可以提升材料的內部結構的致密性有效地提供屏蔽效應，因此分散程度也正比于涂層的抗腐蝕性能。

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責任編輯：王元

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