海洋环境下微生物对环氧树脂清漆涂层的分解作用和腐蚀进程的影响

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海洋腐蚀和生物污损已经成为人类开发海洋资源的重大难题。自然海水中腐蚀性物质成分复杂,微生物种类繁多,使得海水成为强腐蚀介质。微生物对金属的腐蚀研究已经被国内外期刊大量收录,越来越多得现象也表明微生物对涂层的寿命和防腐蚀效果有明显影响,但是相关微生物分解有机涂层的研究却相对缺乏。本文以环氧树脂清漆涂层为研究对象,采用电化学交流阻抗技术(EIS)、扫描电镜(SEM)、偏光显微镜、红外光谱(FTIR)、接触角测试等技术,探究热带海洋微生物对环氧树脂清漆涂层的分解作用,以及对涂层/45#钢样晶体系腐蚀进程的影响。保持实验体系处于26℃的无菌环境,以浸泡溶液无菌和有菌及菌种的不同为单一控制变量因素。实验证实,无菌、假单胞菌、芽孢杆菌、黄杆菌四种影响机制对涂层的影响程度从大到小排列顺序为假单胞菌、芽孢杆菌、无菌、黄杆菌,其中假单胞菌对涂层阻抗的影响较为显著,阻抗值随着浸泡时间的延长逐渐减小,EIS图谱在浸泡第25d时出现突变,出现三个容抗弧,阻抗值下降一个数量级。芽孢杆菌海水浸泡过程中阻抗值下降一个数量级,并且在浸泡第27d时EIS数据出现两个容抗弧,而无菌和黄杆菌条件下涂层阻抗值维持在一个数量级以内,而且30d的浸泡时间内EIS数据始终只有容抗弧。宏观观察,偏光显微镜观察以及SEM数据表明,有菌海水浸泡下涂层表面均附着有生物膜,在假单胞菌和芽孢杆菌海水浸泡体系中的涂层表面出现大量孔洞以及退化粉化现象。假单胞菌海水对基底腐蚀最为严重,表现为局部腐蚀和点蚀严重,腐蚀产物颜色为深褐。芽孢杆菌海水溶液对基底的腐蚀以点蚀为主,腐蚀产物为浅褐色,黄杆菌海水溶液对基底的腐蚀微弱,只有细小的点蚀现象,颜色微黄,无菌海水浸泡条件下基底的腐蚀比黄杆菌条件下较为严重。而且从偏光显微镜数据证实,假单胞菌和芽孢杆菌附着集中的地方,相对应位置处金属基底的腐蚀更为严重。假单胞菌、黄杆菌、无菌海水体系对涂层自身接触角影响程度类似,都有使接触角降低的作用。红外光谱数据(FTIR)证明,相比于无菌海水体系,三种有菌海水浸泡对涂层分子结构均有影响,假单胞菌海水浸泡后,羟基、甲基官能团发生了变化,2962cm.1处羟基吸收峰强度明显减弱。芽孢杆菌和黄杆菌海水浸泡对红外观普指纹区的峰强峰位都有明显影响,在950-1150cm-1位置处的吸收带重叠增强,出现新的强吸收带,说明环氧树脂分子结构中C-O发生了变化。C-H键在1380cm-1和1450cm-1处的吸收带发生偏移,在1250cm-1处的吸收带强度改变。
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