摘要
金属腐蚀会大大减低材料的使用寿命，使其失去材料本身的性能，不仅造成了严重的经济损失，而且还导致严重的安全生产事故。尽管溶剂型环氧涂料可以延缓腐蚀介质对金属表面的侵蚀，但是由于溶剂型环氧涂料在使用过程中会产生大量的有毒挥发性有机物(VOC)，破坏环境，危害身体健康。水性环氧树脂涂料绿色环保，大大降低施工过程中有害物质的挥发。氧化石墨烯(GO)与改性后的壳聚糖(MCS)复合到水性环氧树脂涂层中大幅度提高涂层的耐蚀性能，纳米二氧化硅(nano-SiO2)的掺杂则提升了涂层在高温下的热稳定性能。主要研究内容如下： (1)为了克服水性涂料耐腐蚀性差、疏水性低的问题，在水性环氧涂料中加入GO和MCS两种缓蚀材料，得到了一种具有综合性能的新型涂层。利用密度泛函理论(DFT)分别探讨了MCS和GO接枝MCS(GO-MCS)与树脂的结合能力。GO与MCS接枝形成的复杂交联网络结构不仅提高了分子间相互作用力，而且提高了与水性环氧树脂的结合能力，进一步提高了复合涂层的致密性，有效延缓了腐蚀介质对涂层的侵蚀。该复合涂层在涂层-金属界面处表现出优异的疏水性和耐蚀性双重功能，对金属形成了较强的保护作用。测试结果表明，复合水性涂层的接触角达到87°，自腐蚀电流为0.28μA/cm-2，腐蚀电压为-0.45V，缓蚀率最高可达99.97%。 (2)将改性纳米二氧化硅(MSiO2)掺杂到复合涂层中，成功开发了一种具有特殊“蛋嵌蛋托”结构的GO/MCS/MSiO2涂层，在降低涂层内部缺陷的同时提高涂层的致密化和耐高温性能。以MSiO2作为催化交联反应位点，将均匀分散的MSiO2牢固地“固定”在复合涂层中。此时MSiO2相当于催化剂，不仅强化了GO与MCS之间的交联反应，还改善了自身与GO-MCS结构之间的反应，将此效应称为“固定催化原位交联反应”。测试结果表明，涂层在低频(|Z|0.01Hz)下的阻抗模量达到1.8×106Ω·cm2。与GO/MCS涂层相比，GO/MCS/MSiO2涂层的耐腐蚀性能和疏水性能不仅有了很大的提高，而且提高了复合涂层在高温下的热稳定性。复合涂层对金属的保护作用更加全面和多重。 综上所述，研究发现缓蚀材料之间的接枝与交联反应是降低环氧树脂涂层缺陷，提高涂层耐蚀和热稳定性的有效途径。有机-无机材料的交联复合同样可以降低腐蚀介质对涂层的侵蚀能力，也是一种行之有效的提高涂层综合性能的手段。
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