材料腐蝕與防腐一直是材料研發(fā)與應(yīng)用中不可缺少的部分,而環(huán)氧樹脂由于優(yōu)異的防腐能力、粘結(jié)力、機(jī)械強(qiáng)度使其在防腐方面應(yīng)用非常廣泛。但是隨著涂料領(lǐng)域的快速發(fā)展,環(huán)氧樹脂的一些缺點(diǎn)暴露出來:脆性大、耐溫能力不足、存在孔隙等。針對這些缺點(diǎn),近年來國內(nèi)外的研究人員對環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行的各類改性研究。首先,主要從改性材料的選取、研究方法的創(chuàng)新上綜述了當(dāng)前國內(nèi)外主流的研究方向:針對存在孔隙,采取摻雜具有特定功能(如耐磨、耐溫、耐酸堿等)的微納米無機(jī)物;針對耐溫性能差、脆性高等,對環(huán)氧樹脂在分子層面上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以提高相關(guān)的性能或使環(huán)氧樹脂具備獨(dú)特的功能;對于特殊適用場景,采用仿生設(shè)計(jì)使涂層具備疏水、殺菌等防污功效且對環(huán)境無污染。

環(huán)氧樹脂防腐機(jī)理及缺陷氧樹脂具有耐腐蝕能力強(qiáng)、電絕緣性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn),同時(shí)具有附著力強(qiáng)、能常溫操作、施工簡便等良好的工藝性,這些特點(diǎn)高度符合涂料領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者關(guān)于涂料防腐性能提出的關(guān)鍵指標(biāo):電性能、涂層異質(zhì)性、耐蝕性。環(huán)氧樹脂在防腐作用中主要起到的是一種物理屏蔽作用,使得腐蝕因子無法到達(dá)基底材料。環(huán)氧樹脂在涂料領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,但是環(huán)氧樹脂有著一些致命的缺點(diǎn),使得環(huán)氧樹脂涂料性能的進(jìn)一步提高受到制約。環(huán)氧樹脂分子內(nèi)部含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán),會在固化劑的作用下交聯(lián)固化生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的性質(zhì),導(dǎo)致環(huán)氧樹脂在宏觀表現(xiàn)出相對的脆性;在開始固化時(shí),溶解在樹脂內(nèi)部的溶劑將不斷的釋放出來,會在涂層上產(chǎn)生非常多的微孔,如圖1所示,這些微孔的存在會給腐蝕介質(zhì)抵達(dá)基底提供通道,涂層微孔的存在會對整體耐腐蝕性能和硬度帶來影響。國內(nèi)外的研究學(xué)者通常采用添加物來改性環(huán)氧樹脂的綜合性能,例如合成橡膠、納米材料等。但是用合成橡膠、熱塑性聚合物的添加常常導(dǎo)致環(huán)氧樹脂涂料其它方面的性能降低。

無機(jī)納米填料、環(huán)氧樹脂分子設(shè)計(jì)、宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等是目前改性環(huán)氧樹脂涂料最主流、效果最顯著的幾種改性方案。

1、無機(jī)填充

無機(jī)微納米粒子比表面積大,具有非常高的表面能,納米效應(yīng)顯著,添加少量的微納米粒子即可顯著的提升環(huán)氧樹脂的性能,是改性環(huán)氧樹脂的一大研究熱點(diǎn)。在無機(jī)填料的選取上主要有兩種,分別是顆粒狀的納米材料和二維片層納米材料。無機(jī)填充材料主要是對環(huán)氧樹脂的微孔起到物理封閉作用使得腐蝕介質(zhì)無法穿透環(huán)氧樹脂的隔離層,有的無機(jī)填料起到的是電化學(xué)屏蔽作用使得金屬基底的電化學(xué)腐蝕得到緩解。在選取材料時(shí)還會同時(shí)考慮到材料的其他如耐磨、耐溫、耐酸堿等性能,所以無機(jī)填料能夠有效的增強(qiáng)涂層的綜合性能。

2、分子設(shè)計(jì)

除了填充無機(jī)填料外,直接對環(huán)氧樹脂進(jìn)行分子改性也是目前環(huán)氧涂料性能改進(jìn)的主流。這個(gè)分子設(shè)計(jì)相當(dāng)于生物工程里面的基因設(shè)計(jì),將其它的官能團(tuán)直接編輯到環(huán)氧樹脂的分子中,從而在根本上增強(qiáng)環(huán)氧樹脂涂料的性能。Gongwen Tang團(tuán)隊(duì)利用雙酚A型環(huán)氧樹 脂(EP)和二異丙氧基-雙乙基乙酰乙酸鈦酸酯(SG),合成了包含環(huán)氧基和有機(jī)鈦螯合鍵的自固化熱固性樹脂EP-SG 樹脂,其具有非常好的穩(wěn)定性,可以通過加熱而固化。

3、仿生設(shè)計(jì)

在自然界中很多生物具有許多特殊的結(jié)構(gòu),讓它們具特殊的功能。進(jìn)行仿生涂料設(shè)計(jì)的靈感來源于這些生物,仿生涂料主要有兩種類型:仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿生生物設(shè)計(jì)。仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是研究生物的一些特殊的結(jié)構(gòu)從而讓設(shè)計(jì)出來的涂層也具有相似的性能,例如荷葉的疏水,鯊魚的減阻等;仿生生物設(shè)計(jì)主要是從大自然界已有的生物中提取一些對涂層防腐有益的物質(zhì),然后制備出特定功能的仿生涂料,例如辣椒素、藻類代謝物、生物酶等。Zhaoliang Dou對魚鱗的表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了生物學(xué)特征分析,然后通過涂層技術(shù)將環(huán)氧涂料制造成類似的魚鱗仿生表面以減少阻力,這種仿生設(shè)計(jì)能夠顯著的減小水流帶來的阻力,減小阻力意味著涂層所受的沖擊降低防腐壽命將提高,這種設(shè)計(jì)適用于常年在河流、海洋工作的船只設(shè)備的防腐。

環(huán)氧樹脂作為防腐涂料設(shè)計(jì)中的重要角色，通過對其特殊改性，能使其獲得更大的使用價(jià)值和更廣的市場前景

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