Page 23 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 鲍 艳，等: 聚硅氧烷在金属防腐蚀领域的研究进展 ·1637·

腐蚀的目的。相较于阻止电化学反应而言，物理屏 1 聚硅氧烷分子结构改性对涂层防腐蚀性
蔽法具有工艺简便、成本低廉、防腐蚀性能优异、 能的影响
普适性强等优点。物理屏蔽法中常用的树脂基体主
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要有环氧树脂 、聚氨酯 、醇酸树脂 [4-5] 、聚苯胺 [6] 虽然聚硅氧烷良好的疏水性和成膜致密性可提
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和酚醛树脂 等，但它们在不同程度上存在着一些 升涂层的防腐蚀性能，但聚硅氧烷与其他树脂间的
缺点，如表 1 所示。近年来，为了提高树脂基体的 相容性并不好，在成膜过程中存在分相的可能。为
防腐蚀性能，对树脂基体进行改性 [8-9] 是较为常见 了提升聚硅氧烷与其他树脂体系的相容性，使之形
的手段，通常会采取添加纳米粒子的方法弥补基 成一个均匀的涂层，利用聚硅氧烷的有机-无机结
体缺陷，如碳纳米材料 [10-13] 、六方氮化硼 [14-15] 、 构，采用小分子有机物对其分子结构进行改性，在
聚多巴胺 [16] 、二硫化钼 [17-18] 等都已有较多的报道。 其分子链段上引入功能性官能团是较为常见的一种
方法，该法不仅可以提升相容性，还可通过引入的

表 1 金属防腐蚀常用树脂基体的性能特点 官能团进一步提升聚硅氧烷的防腐蚀性能。ZHENG
Table 1 Properties and characteristics of common resin 等 [25] 采用聚醚改性聚硅氧烷，然后将其与水性聚氨
used for metal anti-corrosion
酯混合，红外表征结果表明，聚醚官能化聚硅氧烷
树脂基体 优点 缺点
已成功接入聚氨酯内，其发生的交联作用使得聚氨
环氧树脂 防腐蚀性能强、电绝缘性好、 脆性大、韧性差、不耐 酯硬段与聚醚改性后的聚硅氧烷具有良好的相容
黏结力强、机械强度高 温变、固化后有孔隙
性，具有低表面能的聚硅氧烷赋予了聚氨酯涂层优
醇酸树脂 原料易得、价格低廉、柔韧 易水解、不耐热、硬度 异的疏水性，可通过屏蔽外界溶液的浸入来达到防
性好、附着力强 低、防腐蚀性能一般，
常用于轻防腐 腐的效果。
聚氨酯 耐磨损、耐腐蚀、耐老化、 固化后易起泡、原料有 进一步地，CHEN 等 [26] 合成了带有丁香酚官能
柔韧性好、附着力强 毒 团的聚硅氧烷，将其作为添加剂可显著提升环氧树
聚苯胺 无毒环保、耐水、成本低、 结构不致密、附着力差 脂涂料的热稳定性、疏水性和抗水渗透性。该研究
导电性好、化学性能稳定
的独特之处在于，经丁香酚改性的聚硅氧烷即使在
酚醛树脂 热稳定性好、阻燃性能优异、 质脆、不耐冲击、环境 较低用量（占环氧树脂质量的 2.5%）下与环氧树脂
结构致密稳定、黏附性强 污染
混合，也可产生良好的防腐蚀性能。在质量分数为

聚硅氧烷具有独特的有机-无机结构，其分子链 3.5%的 NaCl 溶液中浸泡 20 d 后，相比于未改性环
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以—Si—O—为主，分子间作用力小，具有较低的表 氧 涂层的 阻抗 值从初 始值 7.8×10 Ω·cm 降到
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面能，且—Si—O—键能大、稳定性高，因此，聚硅 2.2×10 Ω·cm ，改性后的环氧涂层浸泡前就表现出
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氧烷具有优异的耐氧化、耐候、疏水等性能。将聚 较高的阻抗值（5.4×10 Ω·cm ），且经过 20 d 浸泡
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后阻抗值没有太大的变化，仍保持在 1.3×10 Ω·cm 。
硅氧烷引入树脂基体，一方面可利用其疏水性能提
升树脂基体的防腐蚀性 [19-23] 。如 SU 等 [24] 制备了聚 这说明丁香酚改性聚硅氧烷作为一类新型的防腐蚀
添加剂，其在金属防腐蚀方面具有潜在的应用前景。
氨酯-聚硅氧烷嵌段共聚物，使聚氨酯涂层的憎水性
朱化雨等 [27] 通过水解缩合带苯基的硅氧烷制备了聚
大幅提高，从而起到了屏蔽腐蚀性介质的作用。另
苯基甲基硅氧烷，并将其用于改性环氧树脂，发现
一方面，—Si—O—交联网络结构形成的连续致密层
树脂体系的耐热性能明显提升，随着有机硅含量的
能够很好地起到屏蔽作用，阻挡外界腐蚀性介质接
增加，树脂的热失重分解温度逐步升高。当聚苯基
触金属表面，避免腐蚀现象的发生。然而，至 2021
甲基硅氧烷添加量为环氧树脂质量的 35%时，热失
年末，中国防腐蚀涂层专利申请中聚硅氧烷涂层的
重分解温度升至 591.3 ℃，且其在质量分数为 10%
申请量仅占 0.4%，这表明聚硅氧烷涂层在金属防腐
的 NaCl 溶液中浸泡 500 h 后仍保持不起泡、不脱落，
蚀领域的应用还有待进一步加强。
由此获得了一种综合性能优异且耐高温、防腐蚀的
基于此，本文在聚硅氧烷提升涂层防腐蚀性能
涂料。
最新研究进展的基础上，从不同角度，如聚硅氧烷 综上所述，在聚硅氧烷分子结构中引入特殊官
分子结构改性、无机纳米粒子改性聚硅氧烷、超支 能团可以改善聚硅氧烷与树脂基体间的相容性，且
化聚硅氧烷、自修复聚硅氧烷等对涂层防腐蚀性能 根据引入官能团的不同，可使聚硅氧烷发挥不同的
的影响进行了归纳和总结，并对聚硅氧烷在防腐蚀 性能特点。但受限于空间位阻效应和基团的反应活
领域的应用进行了展望，以期为聚硅氧烷在防腐蚀 性，聚硅氧烷分子结构中可引入的官能团类型及数
涂层中的发展产生一定的指导作用。 目有限，这对于改善其性能产生了一定的限制。