天津大学汪怀远教授课题组：新型微网络纳米功能填料赋予聚合物基涂层超高防腐蚀性能

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环氧涂层由于具有抗渗透性能优异、与金属基板附着力高、成本低等优点而被广泛用于保护金属免受腐蚀。然而传统的环氧涂层保护只能够提供物理的屏障保护且其在固化过程会产生微孔，不可避免的构成了腐蚀介质的渗透通道。此外，在实际应用环境中，尤其是在深海、深油井等具有高压、高盐或者高氧的环境下，腐蚀介质会在高压或者高浓度的条件下渗透速度加快，从而使得涂层加速失效，金属发生腐蚀。因此，开发具有长效防腐功能的涂层仍具有一定的挑战性。

基于上述研发需求， 天津大学汪怀远教授团队通过简便的原位生长法合成了一种新型微网络纳米功能填料CNTs/LDH-MoO₄（CLM）。钼酸根插入层状氢氧化物在CNTs网络框架引导下均匀生长，形成了一种新颖的微网络结构纳米功能填料。这种特殊的结构不仅避免了CNTs导电网络的形成，而且减少了传统LDH片的堆叠现象和CNTs的团聚现象。

图1. 填料的合成示意图

电化学测试结果表明，CLM涂层具有优异的腐蚀防护性能，在3.5 wt.％NaCl溶液浸泡60天的过程中低频阻抗值一直保持在10¹¹ ohm·cm²之上；另外考虑到高压会加速腐蚀介质的传输速度以及涂层的界面劣化，氧气在腐蚀过程中可以直接参与阴极还原反应，从而加速腐蚀，因此对涂层在3 MPa纯O₂和3.5 wt.％NaCl溶液耦合环境中的防腐性能进行了进一步的测试，研究结果表明CLM涂层在浸泡10天后的低频阻抗值相对于空白涂层提高了3-4个数量级。而且，该涂层在3.5 wt.% NaCl 溶液中的腐蚀实验进行300天后（7200h）的低频阻抗值仍然在10¹¹ohm·cm²之上。因此，这项工作所合成的高性能纳米功能填料具有宽阔应用前景，例如空气驱油HAPI，深海防腐等苛刻环境防腐提供了新的思路。

图2. (a) 不同涂层在3.5 wt.% NaCl溶液浸泡60天过程中的|Z| _{0.01 Hz}的变化，(b) 不同涂层在浸入3MPa纯O₂和3.5 wt.% NaCl溶液耦合环境前后的Bode阻抗图，（c）CLM涂层的长效防腐效果

研发的CLM涂层具有优异的防腐蚀性能的原因主要有以下几点：（1）新型填料所形成的致密网络；（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层中形成导电网络，进一步增强了涂层的防腐性能；（3）CLM填料具有捕获腐蚀介质中的氯离子的能力，作为交换释放缓蚀剂钼酸根，从而使得涂层的耐腐蚀性进一步提高。

图3. CLM涂层腐蚀保护机理示意图

以上研究成果发表在腐蚀领域权威期刊 Corrosion Science上，论文的第一作者为天津大学化工学院硕士生张萌，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/abs/pii/S0010938X21004510

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