Page 33 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 姚红蕊，等: 纳米氧化物颗粒增强环氧涂层防护性能的研究进展 ·667·

量分数为 3.5%的 NaCl 溶液中浸泡 30 d 后，其阻抗 对纳米 Al 2 O 3 修饰改性，以提高纳米 Al 2 O 3 在树脂基
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值仍达 1.0×10 Ω·cm 。这归因于 Co 提高了 ZnO 的 体中的分散性。
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溶解度，能够释放出更多的 Zn ，与金属基体表面 JANAKI 等 [38] 通过咪唑对纳米 Al 2 O 3 进行表面
的羟基形成钝化层，从而抑制金属被进一步腐蚀。 接枝改性，并制备改性纳米 Al 2 O 3 /EP 复合涂层。结
ROUHOLLAHI 等 [33] 通过反相微乳液聚合制备掺杂 果表明，咪唑增强了纳米 Al 2 O 3 与 EP 基质之间的化
缓蚀剂磷酸和十二烷基苯磺酸的 PANI，同时又向 学相互作用，从而提高涂层的交联密度，同时咪唑
PANI 中引入 ZnO 和玻璃纤维（GF）制备防腐填料。 部分的氮供体原子能够积极参与抑制 Fe 的形成，
3+
结果表明，PANI/ZnO/GF 能够促进氧化铁钝化层的 显示出更高的耐腐蚀性。此外，咪唑使纳米 Al 2 O 3
形成，同时释放磷酸盐离子和锌离子抑制腐蚀介质 在 EP 中得到均匀分散，纳米 Al 2 O 3 的高硬度、高强
对金属基体的进一步腐蚀，显著提高 EP 复合涂层 度也能够显著改善涂层的机械性能。电化学测试表
的防护性能。 明，在质量分数为 3.5%的 NaCl 溶液中浸泡 40 d 后，
纳米 ZnO 对 EP 涂层的优异改性效果，主要归
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复合涂层的电荷转移电阻（R ct）（1.56×10 Ω·cm ）远
因于其独特的理化性能、界面效应和小尺寸效应。 4 2
远大于纯 EP 涂层（7.95×10 Ω·cm ），硬度（600 MPa）
纳米 ZnO 颗粒的表面性质关系到其能否在 EP 涂层 也显著高于纯 EP 涂层（100 MPa）。JANAKI 等 [39]
中均匀稳定分散。现有的研究中，常采用机械共混、
通过吲哚修饰纳米 Al 2 O 3 以提高其与 EP 基体间的相
金属掺杂以及化学改性等方法改善纳米 ZnO 的表面
容性。结果表明，吲哚-Al 2 O 3 /EP 复合涂层浸泡 40 d
结构。其中，机械共混的分散效果不佳，且填料的 后的 R ct 为 1.56×10 Ω·cm ，结合强度接近 5.1 MPa，
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分散时间持续很短，限制了该方法的实际应用；金
硬度为 680 MPa；相较于未改性的 Al 2 O 3 /EP 复合涂
属掺杂能够通过引入缓释性粒子提高纳米 ZnO 的缓 层和纯 EP 涂层，吲哚-Al 2 O 3 /EP 复合涂层具有更强
释效果；化学改性则是采用改性物直接改善 ZnO 颗
的防护性能。这归因于吲哚改性纳米 Al 2 O 3 在 EP 中
粒的表面结构和性质，相较于金属掺杂，这种方法
良好的分散性、对致密 Al 2 O 3 薄膜形成的促进作用
工艺简单，可选改性物范围广，因此较为常用。此 以及纳米 Al 2 O 3 对 EP 涂层的补强效果。
外，虽然纳米 ZnO 的制备方法很多，但常用的仍为
除上述研究之外，科研人员也常将纳米 Al 2 O 3
液相法，阴离子的洗涤和除去以及团聚问题很难解
与其他有机和/或无机材料协同使用，进一步提高 EP
决，这极大地限制了其应用范围。 涂层的防腐性能。YU 等 [40] 借助 APTES 将纳米 Al 2 O 3
颗粒负载在 GO 片表面，增加层间距以改善 GO 片
4 纳米氧化铝
材密闭堆积的层状结构（如图 7 所示），并制备
纳米氧化铝（Al 2 O 3 ）因高硬度、高强度、优异 GO-Al 2 O 3 /EP 复合涂层。电化学分析表明，这是因
的热稳定性和抗化学腐蚀性等优点，被广泛用于涂 为 GO-Al 2 O 3 的板层结构能够显著阻挡电解液向金
层防护领域。Al 2 O 3 可分为 α、β、γ、η、θ、λ 等不 属表面进行渗透，从而提高 EP 复合涂层的耐腐蚀
同晶型，最常见的是 α-Al 2 O 3 和 γ-Al 2 O 3 。其中， 性能。CHEN 等 [41] 利用硅烷偶联剂（KH-560）对纳
α-Al 2 O 3 耐高温、在较高温度下仍然具有化学稳定 米 Al 2 O 3 表面进行修饰，通过与 CaCO 3 间的协同作
性 [34-36] 。将纳米 Al 2 O 3 颗粒引入 EP 中，可以有效增 用提高涂层的防护性能。结果表明，由于 CaCO 3 -EP
强涂层的致密性，改善其摩擦性能和耐腐蚀性，延 基体层与纳米 Al 2 O 3 之间的相互作用，形成岛状结
长涂层的使用寿命。同时 Al 2 O 3 与树脂基体两相间 构，增加了涂层致密性，当纳米 Al 2 O 3 的质量分数
产生的界面相互作用，能够提高 Al 2 O 3 /EP 复合涂层 为 10%时，Al 2 O 3 /CaCO 3 -EP 复合涂层的整体性能最
的结合性能。 优异。EL-LATEEF 等 [42] 以过硫酸盐为氧化剂，采用
刘煦平等 [37] 通过高速离心法将微米级和纳米级 原位聚合法合成了 Al 2 O 3 -SiO 2 /POT 防腐填料，并制
Al 2 O 3 颗粒分别加入到 EP 中。结果表明，微/纳米 备 Al 2 O 3 -SiO 2 /POTEP 复合涂层。结果表明，由于
Al 2O 3-SiO 2 与 POT 的结合能够形成附着膜阻断腐蚀性
Al 2 O 3 均提高了 EP 的耐局部腐蚀能力，且纳米 Al 2 O 3
的提升效果优于微米 Al 2 O 3 。当纳米 Al 2 O 3 的质量分 离子的传输，从而抑制金属腐蚀，与纯 EP 涂层（4.12×
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–3
数为 3%时，其腐蚀深度最小，较纯 EP 减少了 66.5%， 10 A/cm ）相比，复合涂层的腐蚀电流密度可达
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耐局部腐蚀能力最好。但是，由于纳米 Al 2 O 3 比表 2.12×10 A/cm 。此外铝硅纳米复合材料与 POT 复合
面能高，比表面积大，在引入 EP 的过程中极易发 后，会产生 1 个热力学稳定的 Al 2O 3-SiO 2/ POT/EP 界
生团聚，影响纳米 Al 2 O 3 的改性效果。因此，需要 面，与单独 POT/EP 相比，具有更好的耐腐蚀稳定性。