海洋环境导电聚合物环氧系涂层氯离子迁移阻控及层下金属腐蚀机制研究

In order to effectively protect metals, the coatings need prevent water, oxygen and chlorine ions from contacting metal surface. Metals under organic coatings immersed in seawater for a long time, water, chlorine ions and oxygen will gradually permeate the coating in which the diffusion channel is formed. This results in reduced coating adhesion to the substrate, degradation of protective properties, and possibly accelerate the metal substrate corrosion. Therefore, it is significant to study the penetration control mechanism of chloride ion in organic coatings and to improve the penetration resistance of the coatings in the marine environment. Select epoxy resin which have excellent corrosion resistance and conductive polymer which have a certain electrical regulation performance as film-forming material. Conductive polymers have properties of doping or dedoping anions under certain conditions. This may be exploited to reduce or control penetration of chloride ion in coating layer. So that the content of chloride ions in the coating and the coating metal interface will be reduced. Thereby initiation and development process of metal corrosion may be inhibited. The above work have not been reported at home and abroad. In this project, the penetration control mechanism of chloride ion in the conductive polymer epoxy coating and mechanism of metal corrosion under the coating in the marine environment will be studied. It is of great significance for the development of marine corrosion science.

金属材料在有机涂层保护下长期浸泡在海水中，水、氯离子和氧会逐步渗透涂层并在其中形成扩散通道，导致涂层对基材的附着力降低，防护性能下降，金属基材失去保护并有可能加速腐蚀。因此研究海洋环境下有机涂层的氯离子迁移阻控机制、提高涂层抗渗透性能意义重大。选用耐腐蚀性能优异的环氧树脂和具有一定电调控性能的导电聚合物作为成膜物质，利用导电聚合物在一定条件下具有掺杂或脱掺杂对阴离子的特性，加以利用有可能实现电化学方法对涂层中氯离子的迁移阻控，降低涂层及涂层金属界面氯离子含量，从而抑制涂层下金属腐蚀萌生和发展的进程。目前以上工作国内外还未见相关报道。本项目研究海洋环境下氯离子在导电聚合物环氧系防腐涂层中的渗透、迁移和控制机制，研究涂层下金属的腐蚀演化规律及影响因素，以期为提高涂层在海洋环境下的抗氯离子渗透性能和阻水性能，延长被保护金属的使用寿命提供科学理论基础，为促进我国海洋环境腐蚀科学的发展作出贡献。

金属材料在海洋环境中受电化学腐蚀、冲蚀磨损、微生物污损等多因素复合作用，腐蚀问题非常严重。传统的环氧涂层抗海水腐蚀介质的渗透性不足，长期服役会导致涂层溶胀，最终造成涂层结合力下降，甚至脱落，目前仍难以满足海洋环境对高性能长寿命涂层的要求。因此研究海洋环境下有机涂层的氯离子迁移阻控机制、提高涂层抗渗透性能意义重大。本项目研究海洋环境下氯离子在导电聚合物环氧系防腐涂层中的渗透、迁移和控制机制，研究涂层下金属的腐蚀演化规律及影响因素，首先制备了盐酸(HCl)和樟脑磺酸(CSA)掺杂聚苯胺(PANI)，并与不同含量的蒙脱土(Mt)复合，制备蒙脱土改性聚苯胺复合物(PANI-Mt)，并制成涂层，研究其在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性，优化Mt在PANI中的含量。研究海洋环境主要腐蚀介质Cl-在涂层中的迁移渗透规律。研究包括：（1）采用化学氧化法合成盐酸掺杂聚苯胺和樟脑磺酸掺杂聚苯胺，制成蒙脱土改性盐酸掺杂聚苯胺和蒙脱土改性樟脑磺酸掺杂聚苯胺复合物。研究表明PANI/CSA的水溶性优于PANI/HCl，PANI-Mt在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中具有良好的溶解性和分散稳定性。（2）将PANI和PANI-Mt复合物溶解在NMP中，在制成PANI-Mt涂层，研究涂层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性。实验表明当Mt含量分别是7%和4%时，PANI/HCl-Mt和PANI/CSA-Mt涂层的涂层耐蚀性最佳。（3）将PANI/HCl-Mt100:7和PANI/CSA-Mt100:4分别以1%、3%、5%和7%的含量加到环氧树脂，制备PANI-Mt改性环氧涂层，研究其在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性。实验表明浸泡1440 h后，PANI/HCl-Mt100:7和PANI/CSA-Mt100:4含量分别是5%和3%时涂层耐蚀性最佳。（4）通过自制Cl‾渗透环氧薄膜装置，研究环氧薄膜、PANI/HCl-Mt100:7改性环氧薄膜和PANI/CSA-Mt100:4改性环氧薄膜两侧Cl-浓度随时间变化关系。实验表明环氧薄膜主要通过物理隔离作用，阻碍Cl-在环氧薄膜内的迁移渗透，PANI/HCl-Mt100:7和PANI/CSA-Mt100:4的加入提高了环氧涂层对Cl‾迁移的阻碍作用，PANI/CSA-Mt100:4对Cl‾迁移的阻碍作用更为显著。