2024-07-0488
材料腐蚀与防腐一直是材料研发与应用中不可缺少的部分,而环氧树脂由于优异的防腐能力、粘结力、机械强度使其在防腐方面应用非常广泛。但是随着涂料领域的快速发展,环氧树脂的一些缺点暴露出来:脆性大、耐温能力不足、存在孔隙等。针对这些缺点,近年来国内外的研究人员对环氧树脂涂料进行的各类改性研究。首先,主要从改性材料的选取、研究方法的创新上综述了当前国内外主流的研究方向:针对存在孔隙,采取掺杂具有特定功能(如耐磨、耐温、耐酸碱等)的微纳米无机物;针对耐温性能差、脆性高等,对环氧树脂在分子层面上进行改进设计以提高相关的性能或使环氧树脂具备独特的功能;对于特殊适用场景,采用仿生设计使涂层具备疏水、杀菌等防污功效且对环境无污染。
环氧树脂防腐机理及缺陷氧树脂具有耐腐蚀能力强、电绝缘性好、强度高等特点,同时具有附着力强、能常温操作、施工简便等良好的工艺性,这些特点高度符合涂料领域专家学者关于涂料防腐性能提出的关键指标:电性能、涂层异质性、耐蚀性。环氧树脂在防腐作用中主要起到的是一种物理屏蔽作用,使得腐蚀因子无法到达基底材料。环氧树脂在涂料领域应用非常广泛,但是环氧树脂有着一些致命的缺点,使得环氧树脂涂料性能的进一步提高受到制约。环氧树脂分子内部含有两个以上环氧基团,会在固化剂的作用下交联固化生成网状结构,其内部结构的性质,导致环氧树脂在宏观表现出相对的脆性;在开始固化时,溶解在树脂内部的溶剂将不断的释放出来,会在涂层上产生非常多的微孔,如图1所示,这些微孔的存在会给腐蚀介质抵达基底提供通道,涂层微孔的存在会对整体耐腐蚀性能和硬度带来影响。国内外的研究学者通常采用添加物来改性环氧树脂的综合性能,例如合成橡胶、纳米材料等。但是用合成橡胶、热塑性聚合物的添加常常导致环氧树脂涂料其它方面的性能降低。
无机纳米填料、环氧树脂分子设计、宏观结构设计等是目前改性环氧树脂涂料最主流、效果最显著的几种改性方案。
1、无机填充
无机微纳米粒子比表面积大,具有非常高的表面能,纳米效应显著,添加少量的微纳米粒子即可显著的提升环氧树脂的性能,是改性环氧树脂的一大研究热点。在无机填料的选取上主要有两种,分别是颗粒状的纳米材料和二维片层纳米材料。无机填充材料主要是对环氧树脂的微孔起到物理封闭作用使得腐蚀介质无法穿透环氧树脂的隔离层,有的无机填料起到的是电化学屏蔽作用使得金属基底的电化学腐蚀得到缓解。在选取材料时还会同时考虑到材料的其他如耐磨、耐温、耐酸碱等性能,所以无机填料能够有效的增强涂层的综合性能。
2、分子设计
除了填充无机填料外,直接对环氧树脂进行分子改性也是目前环氧涂料性能改进的主流。这个分子设计相当于生物工程里面的基因设计,将其它的官能团直接编辑到环氧树脂的分子中,从而在根本上增强环氧树脂涂料的性能。Gongwen Tang团队利用双酚A型环氧树 脂(EP)和二异丙氧基-双乙基乙酰乙酸钛酸酯(SG),合成了包含环氧基和有机钛螯合键的自固化热固性树脂EP-SG 树脂,其具有非常好的稳定性,可以通过加热而固化。
3、仿生设计
在自然界中很多生物具有许多特殊的结构,让它们具特殊的功能。进行仿生涂料设计的灵感来源于这些生物,仿生涂料主要有两种类型:仿生结构设计和仿生生物设计。仿生结构设计主要是研究生物的一些特殊的结构从而让设计出来的涂层也具有相似的性能,例如荷叶的疏水,鲨鱼的减阻等;仿生生物设计主要是从大自然界已有的生物中提取一些对涂层防腐有益的物质,然后制备出特定功能的仿生涂料,例如辣椒素、藻类代谢物、生物酶等。Zhaoliang Dou对鱼鳞的表面微观结构进行了生物学特征分析,然后通过涂层技术将环氧涂料制造成类似的鱼鳞仿生表面以减少阻力,这种仿生设计能够显著的减小水流带来的阻力,减小阻力意味着涂层所受的冲击降低防腐寿命将提高,这种设计适用于常年在河流、海洋工作的船只设备的防腐。
环氧树脂作为防腐涂料设计中的重要角色，通过对其特殊改性，能使其获得更大的使用价值和更广的市场前景
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