可生物降解聚乙烯醇防腐涂层的研究

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金属腐蚀给人类社会带来了巨额的经济损失、环境污染以及社会资源的严重流失等诸多问题,甚至对人类生命安全造成严重威胁。目前,金属防腐蚀最普遍、最有效的方法是涂覆防腐蚀涂料。但是传统的溶剂型防腐涂料有两个环保问题:第一,涂料中含有大量有毒的挥发性有机化合物,其中有相当一部分已经被列入致癌物质等级,严重危害人民的健康;第二,涂料废弃后,其中含有的有机树脂无法降解,对环境造成二次污染。水性涂料以水作为溶剂或分散剂,不含有毒的挥发性有机化合物,但是目前水性涂料在防腐蚀性能上难以达到溶剂型涂料的效果,因此,限制了水性涂料的应用。因而研发经济环保型的绿色防腐涂料迫在眉睫。基于聚乙烯醇同时具有良好的成膜性和可生物降解性,具备制作可生物降解防腐涂层的潜力,本文对其进行改性处理,并对聚乙烯醇涂层的防腐性能展开探究。首先对聚乙烯醇清漆的耐腐蚀性能进行探究,然后分别通过向聚乙烯醇中添加不同含量的纳米二氧化硅和戊二醛,探究了纳米粒子和化学改性剂对聚乙烯醇涂层的结构、机械性能和耐腐蚀性能的影响,并分析了改性涂层的腐蚀防护机理,得出如下结论:(1)聚乙烯醇涂层是一种半结晶高聚物,含有结晶区域和无定形区域。涂层中含有大量的羟基,接触角为24.9°,表现出极强的亲水性。涂层的吸水率较高,在浸泡10分钟后,吸水率高达256%。聚乙烯醇涂层的耐腐蚀性能较差,难以实现对Q235基体的有效防护。(2)纳米二氧化硅能够通过表面的硅羟基与聚乙烯醇的羟基发生交联反应。纳米二氧化硅使聚乙烯醇涂层的结晶度降低、玻璃化转变温度稍有升高。质量分数为3%的纳米二氧化硅改性效果明显,使聚乙烯醇涂层的拉伸强度、附着力、接触角分别提高31.53%、40.56%、66.5%。聚乙烯醇涂层中加入的纳米二氧化硅对电解质溶液的渗透有一定的阻挡作用。推测纳米二氧化硅提高了涂层的致密性,电解质溶液不容易渗入涂层与基体金属的界面,从而使得聚乙烯醇涂层的耐腐蚀性能得到一定程度的提高。实验结果表明质量分数为3%的纳米二氧化硅对聚乙烯醇的改性效果最佳。(3)交联比为0.3的戊二醛与聚乙烯醇主要发生交联反应;交联比为1.2的戊二醛与聚乙烯醇主要发生支化反应。戊二醛与聚乙烯醇的醇醛缩合,阻碍了聚乙烯醇分子链的有序排列,分子链链节的运动受到阻碍,使得聚乙烯醇涂层的结晶度降低、熔融温度下降、玻璃化转变温度升高、交联密度增大。戊二醛的加入使聚乙烯醇涂层的拉伸强度降低,接触角增大。交联比为0.3的戊二醛改性聚乙烯醇涂层性能最佳,能够形成较为致密的三维空间网络结构,有效阻碍电解质溶液的渗透,改性涂层表现出良好的保护性能。
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