船用重腐蚀有机涂料的制备、性能及防腐机理研究

【摘要】本文采用正交试验的方法,对环氧富锌、环氧云铁、环氧铁红、环氧石墨、氯化橡胶、聚氨酯等多种新型涂料,进行了最佳配方的确定,并制备出相应的产品。在此基础之上,采用盐雾试验、盐水浸泡试验、AFM、表面显微观察以及电化学等测试方法,对其在海水中的性能、防腐蚀机理进行了深入研究。实验结果表明：1、在环氧富锌涂料的设计中,本文通过对锌粉含量、颗粒大小、环氧树脂及其固化剂进行了筛选,通过涂膜的柔韧性、冲击强度、附着力、耐盐雾性能、耐盐水性能的测试结果分析,进而确定了更加有效的环氧富锌涂料配方,防腐蚀性能大大提高。该配方具有以下优点：环氧富锌涂料形成互连的结构,锌粉互相连接形成一个导电层,从而在锌粉牺牲的同时保护钢铁不受腐蚀介质的破坏。同时固化剂种类对防护性能也起着重要的作用,因此,选择合适的固化剂是提高环氧富锌涂料性能的关键因素之一2、在环氧云铁防腐涂料的设计中,通过对云铁用量、形状尺寸的研究、固化剂的选择和筛选,提出了环氧云铁涂料新型配方。2041固化剂性能最好,T31稍差但也接近,651的机械性能好,但耐介质性能较差。云铁的粒径影响相应较小,但从趋势看,325目的粒径的综合性能较好。因此我们的主配方选择如下：环氧树脂E44,2041固化剂,云铁用量(20%-30%),云铁粒径(325目为主,适当添加400目的颗粒)。3、在环氧铁红防腐涂料的设计中,首先是基料筛选、固化剂筛选,然后再进行颜、填料筛选以及颜基比的确定等步骤,确定了配方的组成。该涂层的特点是为一连续致密的膜,形成有机胶粒和颜料粒子交互间隔排列的均匀三维网络。4、在环氧石墨防腐涂料的设计中,主要考察环氧树脂的种类、用量,固化剂的种类,片状石墨的细度和用量等几方面的因素,采用正交设计法进行了涂料配方的筛选工作。测试主要从涂料的粘度、附着力、耐蒸馏水性等方面进行考查。实验结果表明：综合性能最佳的配方组合为：E44环氧树脂+2041固化剂+325目石墨,并确定了最佳石墨的用量。5、氯化橡胶防腐涂料配方的设计,主要从基料的选择、复合筛选、颜基比的确定,最终确定了配方组成。该涂层体系已不仅仅只形成一层阻挡层,而是携带有许多各种功能的添加剂的综合载体,其中的耐蚀物质可以有效地阻止涂层下金属腐蚀的发生和发展,使涂料具有较好的防护性能。6、聚氨酯涂料是较新的品种,弥补了环氧类防腐涂料不耐紫外线老化,不能低温固化的缺陷,具有施工温度低、干性快、涂膜光泽高、涂膜耐紫外线老化性能好等优点,并且具有耐磨、耐油、耐酸碱、耐水及化学药品和施工范围广等多种优异的性能,是目前综合性能较好的涂料品种之一。该涂料配方除具有上述特性外,还由于成膜物质的性质以及使用的颜料、填料、各种助剂等多方面的因素,使防腐涂料具有物理和电化学的保护作用。7、带油涂装防腐涂料是为了适应低表而处理要求而研究开发的一种新型涂料,采用正交设计法,通过对树脂基料、特种颜填料、溶油性添加剂和溶油性固化剂的筛选,确定了能适应于含少量油污的表面进行涂装的涂料配方,基本解决了舰艇维修中无法进行彻底除油处理部位的防腐问题。该涂料与底材的结合力强,与防腐而漆的配套性好。8、为了研究涂层的防腐蚀机理,在室温敞开的条件下测定了环氧石墨,醇酸,聚氨酯,氯化橡胶等多种涂层材料,在盐水和盐雾中的交流阻抗图谱,并且进行了比较。结果表明：环氧石墨、聚氨酯,氯化橡胶图谱均呈现出单圆,醇酸的阻抗图谱呈现明显的双圆,这说明电解质溶液迅速渗透到涂层/基层引起原电池腐蚀反应。在静态海水中,环氧石墨涂层的涂层电阻最大,聚氨酯涂层次之,接下来是氯化橡胶涂层,而醇酸涂层的涂层电阻最小；在环氧类涂层(环氧富锌,环氧石墨,环氧铁红,环氧云铁,无溶剂环氧)中,无溶剂环氧比云铁涂层略小,接下来是环氧铁红涂层,而环氧富锌涂层电阻最小。红外光谱分析进一步证明：环氧结构的存在大大提高了涂层材料的耐腐蚀性能,酚类结构也有助于其耐蚀性能的提高,而醛类和叔醇类结构对材料的耐蚀性能有负面影响。9、涂层表面的显微形貌观察发现：醇酸涂层表面就有多处的微孔,能够导致电解质对涂层的迅速渗透,使得涂层的耐腐蚀性能迅速下降,这与阻抗的实验结果一致。从颜填料的角度来看,环氧石墨的颜填料分布比较均匀,团聚也并不严重,在水溶液中防腐蚀性能优良；而聚氨酯涂层的颜填料分布虽然也较为均匀,但团聚的现象较为严重；此外,颜填料的表面迁移会使得涂层的耐腐蚀性能下降,证实了环氧涂层材料的耐腐蚀性能好于其他材料的结论。原子力显微观察的结果也表明：颜填料的种类,形态,大小以及表面迁移现象都对涂层性能影响较大。醇酸涂层的表面最为粗糙,氯化橡胶和环氧云铁涂层表面较为平整,但是有泡状的凸起存在,这有可能是表面颜填料团聚及迁移至表面的结果。10、阻抗数据结果分析发现,在水溶液体系中,当测得的涂层电阻低于106Ωcm2时,涂层对水等腐蚀介质的阻挡能力已经很弱,并且在涂层/金属界面有可能发生电化学腐蚀反应,进一步加剧了涂层的破坏。不同种类的有机涂层的盐雾试验结果也证实这一结论。11、通过对涂层/金属腐蚀界面反应动力学过程的分析,分别提出了聚氨酯、环氧云铁及氯化橡胶、醇酸在海水中的腐蚀动力学模型。聚氨酯、环氧云铁及氯化橡胶在海水中的电化学阻抗谱特征均为单容抗半圆。该图谱表明腐蚀受电解质溶液穿过涂层的速度所控制,可用涂层电阻(即容抗半圆直径Rp)表征；而醇酸阻抗谱低频区没有出现代表扩散过程控制的Warburg阻抗,而是代表电化学反应过程的容抗弧,这表明,醇酸涂层下的金属的腐蚀是化学反应步骤为控制步骤。
【作者】张锋；
【导师】李效玉；
【作者基本信息】北京化工大学，材料学，2007，博士
【关键词】防腐涂料；配方设计；电化学测试；微观结构；机理研究；

【参考文献】
[1]朱君珏.几类椭圆型方程边值问题的可解性[D].安庆师范学院,应用数学,2013,硕士.
[2]翁平平.中等职业学校中机电专业和财会专业学生学习立体几何的差异研究[D].苏州大学,教育（专业学位）,2012,硕士.
[3]倪相生,王克文,王子琦,李衍.改进的精化Cayley-Arnoldi算法计算电力系统关键特征值[J].电力系统自动化,2009,15:13-17+83.
[4]鲁静.民营企业中层管理者复原力评价研究[D].东北大学,企业管理,2010,硕士.
[5]范高磊.中原地区农村留守儿童思想道德教育问题研究[D].信阳师范学院,思想政治教育,2014,硕士.
[6]滕凯.恩度联合肝动脉化疗栓塞后肝癌患者血清VEGF、HIF-1A、OPN、CTGF的动态变化[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[7]杨二海.新课标高中语文选修教材《语言文字应用》有效教学研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[8]代青青.嵌入型石墨烯量子点和引入晶界石墨烯纳米带的电子和磁学性质研究[D].吉林大学,2014.
[9]李小林.嵌入式机器视觉技术在雪花牛肉品质检测中的应用研究[D].南京农业大学,机械工程,2013,硕士.
[10]郭君.1985：文学批评的转折与延展[D].沈阳师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[11]安晓宁.基于ELES模型的中国城镇贫困度量研究[D].天津财经大学,统计学,2012,硕士.
[12]王颖.列车平稳性测试仪的改进和验证[D].西南交通大学,交通运输工程,2014,硕士.
[13]李玉才.机载脉冲多普勒雷达识别系统研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2004,硕士.
[14]王玉珺.浅析民事诉讼非法证据排除规则[D].中国政法大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[15]龚文.重组人凝血因子Ⅷ转基因兔的建立及初步检测[D].扬州大学,动物学,2011,硕士.
[16]曾裕.柴油机尿素SCR混合器设计与仿真研究[D].上海工程技术大学,车辆工程,2013,硕士.
[17]芦跃虹.论歌唱的情感控制[D].东北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[18]王邓超.Ang(l-7)、AngⅡ比值与甲亢心脏病的关系[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[19]陈早维.基于嵌入式Web的ZigBee网关的设计与实现[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[20]应晓蕊.工业以太网的实时性研究及系统设计[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[21]吴静.全氟羧酸降解机理的理论研究[D].内蒙古师范大学,物理化学,2013,硕士.
[22]张利强.西安市公共体育服务发展现状及对策研究[D].西安体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[23]王丹毅.慈宁宫木结构的研究与保护[D].中国艺术研究院,美术学,2012,硕士.
[24]刘幼萍.Waters签名算法及应用研究[D].杭州电子科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[25]琚俊梅.基于规范和多Agent的煤炭供应链建模与仿真研究[D].宁夏大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[26]黄丹玲.船舶保险条款下碰撞责任损害赔偿问题研究[D].大连海事大学,法学,2013,硕士.
[27]席姣姣.常规公交服务水平指标体系与评价方法研究[D].吉林大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[28]赵耀.利用3D重建技术分析体内内侧髌股韧带重建术后长度变化[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[29]成洪甲.基于井震信息融合的储层数据建模技术研究[D].东北石油大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[30]唐建华.基于神经网络的TD-LTE网络故障诊断技术研究[D].宁波大学,计算机技术（专业学位）,2014,硕士.
[31]田跃宗.基于二次风速修正法CFBB热态气固流场数值模拟[D].东北电力大学,动力工程及工程热物理,2013,硕士.
[32]王宝平.基于全球价值链的多元城市网络与价值空间分异研究[D].华东师范大学,人文地理学,2014,博士.
[33]丁爱芝.福建省卫校生心理健康及人格状况调查与教育途径[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[34]孙蕾.农业上市公司资本结构与经营绩效关系的实证研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2011,硕士.
[35]毛万国.论我国最高额抵押制度的几个问题[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[36]韩生廉,胡国四,黄昱珅.技能模糊控制系统的一种设计方法[J].控制与决策,2000,01:31-34.
[37]易丹.四川省氮氧化物排放现状及控制对策研究[D].西南交通大学,环境工程,2013,硕士.
[38]邓玉霞.中学古诗文中人文精神的开掘和弘扬[D].华中师范大学,学科教学论,2003,硕士.
[39]严向峰.激光加载过程中金属熔化的数值计算[D].沈阳航空航天大学,航空宇航推进理论与工程,2013,硕士.
[40]黄旭,张玮,高增梁.34CrMo4钢在湿H_2S环境下的应力腐蚀试验研究[J].压力容器,2012,09:1-6.
[41]程璐.“从来”和“历来”的对比分析[D].吉林大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[42]王飞.益气养阴化瘀通络中药对糖尿病胃轻瘫大鼠SOD、MDA、HO-1及Bcl-2与Bax基因表达的影响[D].河北医科大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[43]李杨.促进循环经济发展的资源税法律制度改革研究[D].山西财经大学,经济法,2013,硕士.
[44]崔汉国,刘健鑫,李正民.基于金字塔技术的STL模型数字水印算法[J].自动化学报,2013,06:852-860.
[45]欧建刚.母公司对子公司责任问题研究——从比较法视域的观察和思考[D].华东政法学院,法律,2003,硕士.
[46]伍熙尧.科技项目产业化运作管理研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[47]严东宾.基于MULTI-TASK LASSO的英文词对间关系相似度算法[D].华东师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[48]杨业功.开放内容及其在我国数字图书馆资源管理中的应用[D].辽宁师范大学,图书馆学,2012,硕士.
[49]张璐.Pitch Contour of Nuclear Word and Its Relation with Prosodic Boundaries: A Study Based on a Large-scale English Corpus[D].浙江大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[50]张卉.TAED活化H_2O_2用于纸浆漂白的研究[D].广西大学,制浆造纸工程,2004,硕士.