插层的Zn- Al层状双氢氧化物对水性涂料防腐性能的提升
2021-06-23朱占勃赵景茂
朱占勃 张 晨 赵景茂*
(1.北京化工大学 材料科学与工程学院， 北京 100029；2.国家石油天然气管网集团有限公司 华南分公司， 广州 510620)
引 言
在金属表面涂敷有机涂层是一种十分有效的金属防腐蚀方法[1]。有机涂层在金属基材和腐蚀环境之间起着隔绝作用，阻碍腐蚀介质(例如氧气、水和Cl-等离子)渗透到金属表面。然而，有机涂料中一般含有大量的易挥发有机物，会带来环境污染的问题。随着国家对环境保护越发重视，有机涂料逐渐向高固含、无溶剂和水性化方向发展，其中水性涂料近几年来发展较快，但是，水性涂料在苛刻的腐蚀环境中的应用仍然有限[2-4]。近年来，研究人员通过加入各种防腐蚀颜料、纳米颗粒等来提高水性涂层的耐腐蚀能力[5-6]。
1 实验部分
1.1 实验材料
使用马口铁作为基体，试样尺寸为120 mm×50 mm×0.3 mm，试样经砂纸打磨后，依次用丙酮、乙醇除油，吹干备用。
六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、九水合硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)、九水合碳酸钠(Na2CO3·9H2O)、氢氧化钠(NaOH)、二水合钨酸钠(Na2WO4·2H2O)、硝酸，均为分析纯，北京市通广精细化工公司。水性涂料为双组份涂料：水性环氧树脂MU601A和改性胺环氧固化剂CU- 2350，上海润碳新材料科技有限公司。
1.3 含有LDH- 的水性涂层制备
1.4 表征与测试
采用日本岛津公司的XRD- 6000型X射线衍射仪(XRD)分析样品的晶体结构，CuKα辐射(波长为0.154 18 nm)，扫描范围5°～33°，扫描速率10(°)/min，管电压40 kV，管电流40 mA；采用德国布鲁克公司的TENSOR27型傅里叶变换红外光谱仪(FT- IR)测定样品的表面基团，扫描范围4 000～400 cm-1；采用日本日立公司的HITACHI S- 4700型冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察样品的微观形貌；使用广州标格达实验室用品有限公司的BGD500型数显拉开法测试仪测试涂层的附着力。
1.5 盐雾试验
使用LYW- 025型盐雾腐蚀试验箱(上海一恒科学仪器有限公司)进行盐雾试验。溶液为5%(质量分数，下同)NaCl溶液，pH值为 6.5～7.2，进行连续喷雾且喷雾量控制在1～2 mL/(h·80 cm2) ，盐雾箱体的温度控制在(35±2) ℃。将带有划痕的涂层样板放入盐雾箱，试验30天后取出，通过Quanta200F型电子显微镜(FEI公司)观察划痕处的腐蚀痕迹。
1.6 浸泡试验
2 结果与讨论
2.1 LDH- 的表征结果
2.1.1晶体结构
图1 LDH- 和LDH- 的XRD谱图Fig.1 XRD patterns of LDH-
2.1.2表面基团
图2 LDH- 和LDH- 的FT- IR谱图Fig.2 FT- IR spectra of LDH-
2.1.3微观形貌
图3 LDH- 和LDH- 的SEM图Fig.3 SEM images of LDH-
2.2 LDH- 涂层的表征结果
2.2.1微观形貌
图4 不同LDH- 添加浓度的水性涂层的SEM图Fig.4 SEM images of waterborne coatings doped with LDH- in different proportions
2.2.2附着力
表1 涂层附着力随LDH- 添加浓度的变化Table 1 Variation of coating adhesion with the proportionof LDH-
2.3 LDH- 涂层的耐腐蚀性能
2.3.1盐雾试验结果
图5 不同LDH- 添加浓度的水性涂层在进行30天盐雾试验后的SEM图Fig.5 SEM images of waterborne coatings doped with LDH- in different proportions in salt spray tests for 30 days
2.3.2浸泡试验结果
图6 不同LDH- 添加浓度的水性涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡1 h时的EIS谱图Fig.6 EIS of waterborne coatings doped with LDH- in different proportions in 3.5% NaCl solution for 1 h
图7 EIS拟合的等效电路Fig.7 Equivalent circuits of EIS fitting
表2 不同LDH- 添加浓度的水性涂层的EIS拟合结果Table 2 EIS fitting results of waterborne coatings doped with LDH- in different proportions
图8 空白涂层和添加3% LDH- 的涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡不同时间的EIS谱图Fig.8 EIS of blank coating and doped 3% LDH- coating immersed in 3.5% NaCl solution for different times
