Page 52 - 《精细化工》2021年第10期
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·1982·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            链段和硬链段的类型和含量可设计聚氨酯的分子结
            构  [4-6] 。溶剂型聚氨酯涂料的挥发性有机化合物
            （VOCs）排放大，对环境、人体健康等影响严重，
                         [7]
            使用受到限制 。而水性聚氨酯（WPU）涂料以水
            为溶剂，气味小、无毒，施工操作方便，施涂后没
            有有害气体产生        [8-9] ，已广泛应用于机械设备的防腐
            涂层中，如高铁、火车等运输车辆的涂装，涂装后
            的设备可通过 5 年以上的验证            [10] 。
                 水性聚氨酯涂料在防腐层面存在许多不足，因                          1.2  SiO 2 纳米粒子改性
            其分子结构中含有亲水基团，涂层的耐水性、耐化                                 SiO 2 纳米粒子表面存在大量游离的羟基，呈三
            学溶剂等方面有所欠缺           [11-12] 。相较于溶剂型涂料，            维链状结构，可与水性聚氨酯树脂发生化学键合。
                                                               合成的水性聚氨酯复合涂料具有硬度高、耐刮擦性
            其交联密度低，不利于阻挡腐蚀性因子进入基材
            内部，在防腐方面常常不能达到要求                  [13] 。单一的水       好、成本低和紫外线辐射吸收高等优点                      [17-20] ，
            性聚氨酯防腐涂料性能有限，难以适应复杂的腐                              KUMAR 等    [21] 使用旋涂技术在铝基板上制备了纯
                                                               SiO 2 纳米粒子嵌入水性聚氨酯超疏水涂层。通过将
            蚀环境，因此，对其进行改性具有十分重要的意
                                                               SiO 2 纳米颗粒嵌入水性聚氨酯基质中，成功实现了
            义。本文介绍了添加纳米粒子填补缩孔、自修复破
                                                               超疏水性，涂料具有出色的自清洁和防污性能。电
            损涂层、改变合成原料 3 种方法来改性水性聚氨酯
                                                               化学实验表明，涂覆后铝腐蚀电位增加而腐蚀电流
            涂料。
                                                               密度降低，涂层的耐腐蚀性较好。水性聚氨酯/SiO 2
            1    纳米材料改性水性聚氨酯防腐涂料                               纳米粒子复合材料超疏水涂层的自清洁、防污和防
                                                               腐蚀性能可以有效地防止铝的腐蚀，该涂层具有很
                 在水性聚氨酯涂料中添加具有阻隔性能的纳米                          好的工业应用前景。
            粒子填料，可提高其防腐性能。纳米粒子具有小尺                             1.3   铜锌复合氧化物改性
            寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应等特殊性质                      [14] ，       氧化锌（ZnO）具有无毒、化学稳定性强、成
            另外还具有表面活性高、紫外光吸收性能好等优                              本低等化学特性，被认为是一种多功能材料。与二
            点。纳米材料改性的防腐机理是：通过填补涂料成                             氧化钛（TiO 2 ）、氧化铝等相比，ZnO 表面稳定，则
            膜过程中产生的缩孔，增加涂膜的物理交联程度，                             更易于分散     [22] 。ZnO 表面羟基可与水性聚氨酯反应
            阻碍腐蚀因子进入基材内部，提高涂膜的耐腐蚀性                             性基团（主要是氨基或异氰酸酯基）发生反应，从
            能，同时还可以改善涂层的机械性能、热稳定性和                             而使 ZnO 官能化，使水性聚氨酯防腐性能更好                   [23] 。
            电化学性能。用适量的纳米粒子对水性聚氨酯涂料                             氧化铜（CuO）是 p 型半导体（多数载流子为空穴
            进行改性，可以很好地提高其防腐性能                   [15] 。常见的      的半导体），有着窄带隙          [24] ，可以促进 ZnO 的防腐
            纳米材料有：有机蒙脱土（OMMT）、二氧化硅                             性能，故常将两者复合，形成铜锌复合氧化物
            （SiO 2 ）、铜锌复合氧化物、其他类型纳米片和石墨                        CuZnO，将其用于防腐领域。JIANG 等             [25] 合成了铜
            烯及其衍生物。                                            锌复合氧化物 CuZnO，与还原氧化石墨烯（RGO）
            1.1    OMMT 改性                                     反应，制备了 CuZnO@RGO 纳米复合材料。再将纳
                 OMMT 是一种具有片层纳米结构的硅酸盐型                         米复合材料加入水性聚氨酯中，合成了 CuZnO@
            矿物  [16] ，结构式如下所示。与其他纳米物质相比，                       RGO 水性聚氨酯复合涂层（CuZnO@RGO/WPU）。
            具有价廉物美的优点。刘巧等              [16] 以异佛尔酮二异氰           研究表明，当复合涂层中 CuZnO@RGO 的质量分数
            酸酯（IPDI）、聚丙二醇（PPG，M n =2000）、OMMT                  为 2%时，缓蚀效率为 93.30%。由于 CuZnO@RGO
            和三元绿色缓蚀剂（吐温 40、植酸、L-组氨酸）为                          纳米复合材料的尺寸效应小，可以将复合材料填充
            主要原料，合成了 OMMT/缓蚀剂复合改性水性聚氨                          到水性聚氨酯涂层的缺陷中，这降低了涂层的孔隙
            酯乳液。三元缓蚀剂能够吸附在 OMMT 的纳米层状                          率，增强了涂层的致密性，并且进一步延迟或防止
            结构中而产生协同作用，并且该作用随着温度升高                             了腐蚀因子浸入金属表面。
            有所增强。电化学实验表明，腐蚀电流密度为 2.78×                         1.4  MXenes 纳米片改性
                                           9
              –4
                      2
                                                 2
            10  μA/cm ，膜层阻抗为 3.00×10   Ω/cm ，较纯水                   MXenes 是一类二维（2D）纳米材料，MXene
            性聚氨酯分别有两个级数的提升，对水性聚氨酯防                             纳米薄片依靠其特有的结构和性质，可引入水性聚
            腐性能的改性效果显著。                                        氨酯来增强涂层机械性能和防腐性能。MXene 通常
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