编号：TLHY00349

篇名：改性氮化硼的制备及其在防腐蚀涂料中的应用研究

作者： 吕江明

关键词： 氮化硼; 改性; 单宁酸; 防腐蚀涂料; 分散性;

机构： 北京化工大学

摘要： 金属材料在实际使用过程中,容易受到环境中的水、氧气、氯离子等腐蚀性介质的作用而发生腐蚀。目前,涂层是保护金属材料免受腐蚀的一种操作简单、高性价比的技术手段。然而,涂料中含有的挥发性溶剂在固化过程中不可避免地会使涂层产生一些微孔和微裂纹,这些缺陷会导致腐蚀性介质渗透到涂层/金属界面的速率加快,导致涂层防腐蚀性能的降低。在涂料中添加二维片层材料,是提升涂层阻隔性能的有效策略。近年来,具有优异化学稳定性、高抗渗透性和高径厚比的氮化硼（Boron nitride,BN）成为了相关研究的热点,在提升防腐蚀涂层阻隔能力方面展现出较大的发展潜力和应用前景。 本文针对氮化硼在防腐蚀涂料中的应用需要,围绕氮化硼在涂料中的分散性和界面相容性等技术难题,采用两步法制备了十八烷基胺（Octadecylamine,ODA）接枝聚单宁酸（Poly tannic acid,PTA）改性的氮化硼（BN@PTA-ODA）及其改性环氧（Epoxy,EP）防腐蚀涂料,有效解决了氮化硼在环氧防腐蚀涂料中的分散性问题,改善了氮化硼与环氧树脂基体的界面相容性,实现了氮化硼改性环氧涂料防腐蚀性能的提升。本文的主要研究内容和研究结果如下: 1.为了给本文的研究提供技术输入和参照对比涂料,采用未改性的氮化硼作为填料制备了氮化硼/环氧防腐蚀涂层（BN/EP）,对BN/EP的性能进行了测试,试验结果表明:BN/EP涂层的抗冲击性能和附着力随着氮化硼添加量的增大呈现出先上升后下降的趋势,当氮化硼添加量为0.5wt%时,BN/EP涂层的附着力相比纯EP提升了0.5 MPa,抗冲击性能提升了15 kg·cm,提升幅度最大;在3.5 wt%Na Cl溶液中浸泡180天后,|Z|0.01Hz值为5.67×10～6Ω·cm2,比纯EP提升了一个数量级。 2.在不同NaOH浓度条件下制备了聚单宁酸包覆的氮化硼（BN@PTA）,以及接枝十八烷基胺的BN@PTA-ODA。对BN@PTA-ODA进行了表征和性能测试,结果表明:在6 g/L的NaOH水溶液工艺条件下是制备BN@PTA-ODA的最佳工艺条件。沉降性测试结果表明:BN@PTA-ODA在二甲苯溶液中分散24 h后保持了良好的分散;相应复合涂层的SEM结果表明:1.0 wt%的BN@PTA-ODA能在涂层中均匀分散,说明接枝十八烷基胺后的氮化硼片层分散性得到提升。BN@PTA-ODA片层的TEM和EDS测试结果表明:接枝十八烷基胺的聚单宁酸包覆层在氮化硼片层表面分布均匀;粉末接触角测试结果表明:相比于未改性的氮化硼,接枝改性后的BN@PTA-ODA的粉末接触角增大了约45°,说明接枝十八烷基胺后的氮化硼片层疏水性能得到了提升。 3.采用聚单宁酸接枝改性后的氮化硼作为填料制备了改性氮化硼/环氧防腐蚀涂料,利用抗冲击、附着力、中性盐雾和电化学阻抗谱等试验手段对改性氮化硼/环氧涂层的附着力、抗冲击等物理性能和防腐蚀性能进行了评价,结果表明:0.5 wt%BN@PTA-ODA/EP涂层的抗冲击性能相比纯EP提升了20 kg·cm,附着力提升了0.9 MPa,说明聚单宁酸接枝十八烷基胺后的氮化硼片层与环氧涂料的界面相容性得到提升。涂层接触角测试结果表明:1.5 wt%添加量的BN@PTA-ODA/EP相比BN/EP的涂层接触角得到提升,说明接枝十八烷基胺后的氮化硼片层可以提升涂层的疏水性能。电化学阻抗测试结果表明:0.5 wt%BN@PTA-ODA/EP涂层经过180天3.5 wt%Na Cl溶液浸泡后,|Z|0.01 Hz比0.5 wt%BN/EP涂层高一个数量级,比纯EP涂层高两个数量级。中性盐雾试验结果表明:在5.0 wt%中性盐雾试验中暴露720 h后,0.5 wt%BN@PTA-ODA/EP涂层在划痕周围出现腐蚀产物最少,表现出更好防腐蚀性能。