Page 203 - 《精细化工》2021年第10期
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第 10 期                   林家明，等:  改性六方氮化硼/水性聚氨酯涂料的制备与性能                                  ·2133·


            以及对金属基材较强的附着力。但是，单纯的水性                             WPU/GB 复合涂层在质量分数为 3.5%的 NaCl 水溶
            聚氨酯涂料不能为金属基材提供足够的长期保护，                             液中的腐蚀行为。
                                 [2]
            特别是在强腐蚀环境中 。近年来，研究发现，石
                [3]
                              [4]
            墨烯 、六方氮化硼 等纳米填料可以显著提高水性                            1   实验部分
            聚氨酯涂层的防腐性能。
                                                               1.1    试剂与仪器
                 石墨烯是一种二维材料，具有分子不可渗透的                              六方氮化硼（h-BN），痕量金属总质量分数<
                                                [5]
            性质和疏水性，是一种优良的防腐填料 。但是，
                                                               0.01%，阿拉丁试剂（上海）有限公司；聚甘油-10
            石墨烯具有导电性，在防腐涂层中可能会与金属基
                                                               （PG），化学纯，上海麦克林生化科技有限公司；
            材发生电偶腐蚀，甚至在腐蚀介质的长期存在下，                             水性聚氨酯（WPU），固含量 32%±5%，深圳市吉田
            会进一步促进金属基材的腐蚀                 [6-7] 。六方氮化硼
                                                               化工有限公司。
            （h-BN）也是一种二维材料，除了具有分子不可渗
                                                                   TENSOR 27 傅里叶变换红外光谱仪，德国
            透的性质和疏水性，还具有许多优于石墨烯的性质，                            Bruker 公司；TG209F3 热重分析仪，德国 Netzsch
            如高抗氧化性、强绝缘性以及高化学稳定性；尤其
                                                               公司；SeikoSpa-400 原子力显微镜，日本 SEIKO 公
            是较强的电绝缘性。因此，h-BN 复合防腐涂层不会                          司；Hitachi S-3400N 型扫描电子显微镜，日本 Hitachi
                                   [8]
            与金属基材发生电偶腐蚀 。但是，h-BN 层与层之                          公司；JC2000D2 水接触角测试仪，上海中晨公司；
            间的剥离能较高，传统的方法难以大量制备少层或                             电化学工作 站（ CHI-604E ），上 海 晨华公司；
            单层的 h-BN，且存在不可避免的环境污染问题                   [9-11] 。  SJIA-12N 型真空冷冻干燥机，宁波双嘉仪器公司；
            同时，过强的疏水性也不利于 h-BN 与水性树脂复                          ST2643 超高阻微电流测试仪，苏州晶格电子有限公
            合。因而制备有效的、耐腐蚀性强的 h-BN/聚合物                          司；UTM6203 型万能试验机，苏州亚诺天下仪器有
            复合涂层的关键在于将多层堆积的 h-BN 剥离并进                          限公司；DeFelskoPosi TA-A 试验拉开附着力测试
            行亲水性改性       [12] 。LI 等 [13] 和 LIU 等 [14] 通过高温氧    仪，美国 DeFelsko 公司。
            化 的方法 ，制 备了少 层的 羟基化 六方 氮化 硼                        1.2   方法
            （h-BN-OH），再对 h-BN-OH 进行功能化改性，改                     1.2.1  GB 的制备
            性后的 h-BN-OH 有效提高了水性聚氨酯涂料的耐                             取 2.00 g  h-BN 粉末在 500 mL  PG 质量分数为
            腐蚀性能。但是 h-BN-OH 制备条件苛刻，需在氩气                        2%的水溶液中超声 16 h；将超声后的混合液以
            保护下，在管式炉中 900  ℃反应 3 h。据报道，路                       3000 r/min 离心 15 min。
            易斯碱能够与 h-BN 纳米粒子上的缺电子硼原子（路                             经过离心后，分散性良好的 GB 纳米粒子在离
            易斯酸）络合       [15] ，这可以促进 h-BN 块体的剥离，               心管的上层形成悬浮液；用滴管取出上层悬浮液体
            得到易于分散在水中的薄纳米粒子                 [16] 。该方法不需        积的 2/3，初步得到了 GB 悬浮液。而多层 h-BN 和
            要有机溶剂，可在水溶液中进行，产率较高，制得                             聚集的 h-BN 在水中分散性差，经过离心后会沉淀
            的改性 h-BN 在水溶液中具有优异的分散性。目前，                         在离心管底部，因此通过离心的方法可以去除多层
            鲜见通过路易斯酸碱相互作用改性 h-BN，用作水性                          h-BN 和聚集的 h-BN。
            聚氨酯涂料的防腐填料的报道。                                         然后，将上述 GB 悬浮液倒入新的离心管，以
                 聚甘油-10（PG）由十个甘油分子聚合而成，具                       11000 r/min 离心 30 min，倒掉上清液，重新加入
            有原料丰富、价格低廉等优点，被认为是天然、环                             30 mL 去离子水超声分散 30 min，重复 3 次，得到
            保、绿色的化学产品。聚甘油-10 亲水性极强，是一                          GB 分散液。最后，将 GB 分散液在–60  ℃下真空冷
            种含有多个羟基的路易斯碱，羟基可以和 h-BN 上                          冻干燥 72 h，得到 GB 纳米粒子。
            的 B 原子形成非共价形式的作用力。因此，聚甘油                           1.2.2  WPU/GB 复合涂层的制备
            -10 可以稳定剥离下来单层或少层 h-BN，防止团聚；                           （1）首先，将 GB（0.1、0.2、0.4 g）在 10 g
            并且可以增强 h-BN 的亲水性。综上所述，本文采                          去离子水中超声处理 1 h，得到 GB 水分散液。随后
            用路易斯碱 PG 作为稳定剂，在水溶液中辅助 h-BN                        向其中加入 20 g WPU，超声分散 30 min。通过旋转
            的剥离并功能化 h-BN 纳米粒子，从而制备了 PG 改                       蒸发器除去涂层中的多余水分，制得系列 WPU/GB
            性的 h-BN 纳米粒子（GB）。将 GB 作为水性聚氨酯                      复合涂料。用线棒涂布器在 Q235 碳钢基体上涂覆
            （WPU）的纳米填料，制得了系列 GB 含量不同的                          涂层。最后，在室温下固化 7 d，制得厚度约为 80 μm
            WPU/GB 复合涂层。考察了涂层的耐水性、热稳定                          的 WPU/GB 复合涂层，并与纯 WPU 涂层进行了性
            性和机械性能。通过电化学工作站研究了 WPU 和                           能比较。将不同 GB 含量（0、0.5%、1.0%和 2.0%）
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