天津大学汪怀远教授团队在苛刻环境长效防腐领域取得新进展 | 新型聚合物纳米材料赋予非金属复合涂层优异的防腐耐磨减阻功能

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编者按

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在金属防腐领域，环氧涂层因优良的耐化学品和较高的防腐性能而得到广泛应用。传统方法主要采用在涂料中添加颜填料来提高涂层的防护性能。然而，对于大多数环氧涂层来说，难免存在微观缺陷（例如较多的微孔、填料具有亲水性等），界面相容性差等问题导致涂层长效防腐性能不佳，难以胜任苛刻环境下的防腐需求。

疏水填料与疏水涂层因独特的拒水能力，可以延缓甚至阻止腐蚀介质溶液的渗透，在金属防腐领域应用前景巨大。然而，目前相关研究主要集中于超疏水表面的制备，为了获得构建超疏水表面所必需的纳微结构，通常需要向树脂基体中添加大量的填料，这样一来填料与树脂基体之间的相容性，粗糙结构的稳定性，以及力学强度等诸多问题均需要一一解决，因此超疏水涂层的工业化应用难度极大，进展缓慢。因此，研究开发新型疏水功能填料，寻求高效简便地实现长效疏水防腐功能，是防腐领域亟需解决的问题。

基于上述研发需求，天津大学汪怀远教授团队合成了聚氟苯胺纳米新材料，通过精细调控反应条件制备了形貌各异，氟含量可控的疏水防腐聚氟苯胺(PFAN)填料。所开发的PFAN填料在许多常规有机溶剂中具有优异的分散性及溶解性，可方便用于多种涂料体系中。

图1：PFAN不同形貌及其疏水角（a）50℃、（b）30℃、（c）(d) 0℃；（e）PFAN中氟元素和氮元素含量比。

研究发现，PFAN表面丰富的疏水氟基团克服了聚苯胺本身亲水的缺陷，添加到环氧树脂中能大幅降低涂层的吸水率。合成的聚氟苯胺纳米材料具有较低的摩擦系数和磨损率，赋予了含PFAN环氧树脂涂层出色的减摩耐磨性能。

图2：（a）涂层吸水率；（b）涂层相对厚度损失随Taber摩擦机摩擦圈数的变化。（样品命名规则：PFAN+其在整个涂层中的质量占比百分数）

此外，XPS分析结果表明聚氟苯胺具有很强的纳米钝化能力，其能够与铁基体表面融为一体形成一层有机/无机保护膜。同时，这种疏水填料还具备优异的阻水隔水性能。这些特点赋予了PFAN树脂涂层优异的防腐性能。在3.5%氯化钠盐溶液中，薄涂层的电化学阻抗值一直维持在11次方以上，3.5%氯化钠溶液中的腐蚀实验进行一年半多（13368h）以后低频阻抗值仍然保持初始值。该成果为许多苛刻环境（工况）下使用的金属材料的防腐提供了新的思路和解决方案。

图3：涂层覆盖下的铁基板上XPS总谱（a）纯环氧，（b）PFAN3；Fe 2p峰（c）纯环氧，（d）PFAN3涂层。右4个图为不同涂层EIS阻抗数据。(e) 涂层超长效防腐效果。

以上研究成果发表在腐蚀领域权威期刊Corrosion Science(Volume 178, Jan. 2021, 109094)上。论文的第一作者为天津大学化工学院硕士生李成，通讯作者为天津大学化工学院汪怀远教授。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X20323751

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