偏高岭土- kadilux环氧涂层在镀锌钢上的屏障腐蚀防护性能

摘要

摘要采用环保型无机填料偏高岭土对环氧树脂进行强化，以提高镀锌钢板在水和酸性环境下的防护性能。各种比例0,1,3,5，和7重量。%的偏高岭土填料与kadilux环氧树脂混合，分别根据ASTM G31和ASTM D-570标准对热稳定性、吸水性和酸浸性进行了表征。增强涂层的孔径和密度最小，吸水率较低，抗酸性能较好，在7wt时尤其明显。%填充物。薄膜的热稳定性在5wt以上得到改善。填料组成百分比。

1.介绍

腐蚀是汽车、甘蔗、海事、石化和航空航天等许多行业的固有问题。为了保护金属衬底，已经建立了许多方法，如势垒保护、阳极保护和阴极保护[1- - - - - -4］．尽管目前有许多先进的腐蚀保护方法，如阴极保护、阳极保护和合金抑制腐蚀过程，但屏障腐蚀保护涂层是必须的。在众多的高分子涂料中，环氧涂料对金属基体具有较强的附着力和优异的耐金属性能。大多数聚合物在浸入水环境和高湿度条件下倾向于吸收一定数量的水分子[5］．环氧树脂在固化过程中倾向于吸收极性水分子，也吸收环氧体系中特定的极性基团[6］．这种水分子有助于涂层的腐蚀和腐蚀。7］．吸附的水分子会引起各种形式的腐蚀，如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和选择性浸出。

双涂层系统，在热镀锌钢板上涂漆或粉末涂层，减缓锌涂层的快速变质。环氧涂料或涂料，因其优异的机械和热性能而广泛应用，但由于交联时形成的孔隙网络，形成浮渣，作为水和腐蚀性物质的途径。这些缺陷(孔隙网络)导致离子扩散通过涂层并攻击金属基体[8］．关于使用纳米粒子(如TiO)提高涂层的耐蚀性有各种报道₂［9],氧化锌[10), SiO₂［11], ZrO₂［12］．石墨烯、纳米粘土、氧化锌(ZnO)、蒙脱土和硫化钼(MoS)等填料₂)，以增加腐蚀液体在涂层下的扩散路径，进一步抑制金属腐蚀反应。为了有效的防腐，需要高密度、高交联、较厚、自愈涂层的屏障涂层[13］．在聚合物基体中加入金属氧化物填料有望改善机械、化学和热性能[14］．在各种填料中，粘土填料是最丰富的，以经济的价格。

粘土矿物可以形成两层、三层或四层四面体硅(SiO)的层状结构₄］^4－或八面体氧化铝[AlO_3.(哦)_3.］₆．高岭土是一种化学式为Al的粘土矿物₂如果₂O₅(哦)₄，层状的电子中性(不带电)材料。它主要分布在埃塞俄比亚的Bombowha和Kombolcha地区[15也通常是花岗岩和伟晶岩的副产品。在本研究中，二者均为高岭土铝₂如果₂O₅(哦)₄和偏高岭土基地₂O_3..2SiO₂由高岭土(550-850°C)热处理获得。

本研究以高岭土材料、偏高岭土(MK)和改性粘土颗粒作为环氧基填料，对其耐酸、吸水、减孔径、热性能进行了研究。

2.材料和方法

2．1．材料

Kadilux环氧树脂是两部分环氧树脂，包括底漆硬化剂作为固化剂和环氧树脂，由Kadisco油漆和粘合剂工业公司(亚洲油漆集团)，亚的斯亚贝巴，埃塞俄比亚。高岭土由Jimma Science and Technology University提供，MK粘土由高岭土在高温箱式炉中600℃加热3小时制备，镀锌钢板由Adama板钢铁厂生产。镀锌钢板按尺寸切成小块 用钢切割机切割。液态硅橡胶被用来制作模具。

2．2．使用的设备和特性

粉碎机(rh - a350)是一种高速多功能粉碎机，砂浆速度28000 r/min，粉碎度50-300目。用于将高岭土粘土物料粉碎成细粒。采用强制对流干燥箱对温度范围为室温至300℃的湿样品进行干燥。利用Jeiotech UC-20的超高频率(高达40khz)超声波仪将填料分散到聚合物基体中，并打破聚合物分子间的相互作用。

光学显微镜(Huvitz HR-300系列;放大倍数:x50)用来检查样品和涂层的形貌。采用岛津Maxima_X射线衍射仪(Shimadzu Maxima_X XRD-7000)，以铜靶(40 kV电压;30 mA电流)，发散狭缝1°，发散狭缝1°，接收狭缝0.3 mm，驱动轴2θ，扫描范围10-80°，扫描速度3°/min，采样螺距0.02°。

2.2.1。酸浸试验

硫酸是对金属最具破坏性的酸之一，根据其浓度和形成方式，它会对与它接触的金属结构造成严重的降解和破坏。这种作用的速率取决于孔隙率和孔隙结构等因素，最重要的是硫酸的pH值和浓度。在这项工作中，耐蚀性数据与各种涂层钢材料在室温下浸泡在2%硫酸溶液中的耐蚀性有关，符合ASTM G31 [16］．

2.２.２.吸水试验

然而，聚合物段之间的氢键会被任何被聚合物网络吸收的水破坏。水的电子密度比网络的功能中心高，这种氢键的破坏可以膨胀和塑化聚合物。根据ASTM D-570进行吸水试验。在室温下浸泡在蒸馏水中之前，将样品切割、清洗、称重。一段时间后，标本从水中取出，并立即擦拭表面并称重。并对浸水前后的重量进行了比较。此过程每24小时重复一次，直到达到饱和水平。根据该表达式确定吸水率。 其中“湿重”和“干重”分别为样品浸泡后和浸泡前的最终重量和初始重量。

2．3.实验的程序

2.3.1。降低高岭土杂质的样品制备

采用rhh - a350高速多功能粉碎机，以28000 r/min的速度对收到的高岭土进行粉碎。研磨后的粉末经45度筛分μM筛得到高岭土 μm.进行了两种类型的处理过程:(1)去除高岭土中的水分或水分含量并在600°C下热处理3 h;(2)热处理去除高岭土中的水分。前者先用蒸馏水净化高岭土，将5 g黏土分散到100 ml水中，磁搅拌1 h，然后静置2 h，用于石英、铁等重组分和杂质的沉淀。净化后用滤纸倒出溶液，然后在烘箱中烘干。制备粉末样品后，进行x射线表征。

高岭土粉用水洗涤，多次干燥，去除石英、铁等杂质。在提纯过程中，在蒸馏水中搅拌高岭土时，杂质在磁珠上聚集或吸附，如图所示1．高岭土净化前后的照片如图所示2(一个)和2 (b)．高岭土和MK粘土的光学图像如图所示3(一个)和3 (b)．

2.3.2。高岭土与偏高岭土吸水率的差异(MK)

为测定环氧树脂/高岭土和环氧树脂/MK粘土复合材料的吸水能力，将两种复合材料分别浸泡在蒸馏水中3 d。高岭土转化为偏高岭土(MK)的过程是在600℃下加热3 h。制备环氧复合材料时，先称取50 g树脂，在60℃下加热10 min，以降低树脂粘度。然后加入MK粘土磁搅拌搅拌15 min，超声搅拌10 min，再加入固化剂搅拌搅拌10 min，将制备的复合材料倒入硅模中，固化7 d (360 h)。

分别测量样品浸泡前后(1、2、3、4、12、16、24、48、72 h)的重量，根据公式(1)．

2.3.3。研究环氧树脂/MK复合材料剥离和腐蚀性能的样品制备

将环氧树脂在60℃下进行预热，以降低粘度，使加入的MK粘土更容易分散，此步骤采用磁力搅拌器进行。0 1 3 5 7瓦特。%填料s were added into 50 parts of epoxy resin separately in different container and mixed by magnetic stirrer with speed of 400 rpm for 20 min. This speed assisted the clay to break into small particles and helped to increase the clay/epoxy interfaces; then, to increase homogeneity of the composite, ultrasonication for 10 min was done. The mixture was then added with 25 g of prime resin curing agents (2 : 1 ratio of resin to hardener based on factory specification data sheet) and mixed for 10 min by using magnetic stirrer. The obtained polymer composite was then poured into a silicon mold, pristine epoxy polymer, without the addition of filler, and was also prepared as reference sample. For acid corrosion testing purpose, sample was prepared by immersing the galvanized steel sheet in the prepared composite.

用丙酮和双蒸馏水清洗钢试样;将其浸入乙醇溶液中水解1 h。最后，样品在100°C下干燥20分钟，然后浸入环氧树脂/填料混合物中5秒。所有样品在室温下固化7天。环氧树脂的固化过程是按照嘉迪科漆厂的规范数据表进行的。涂层前试样厚度为0.28 mm，涂层后试样总厚度为 毫米。样品规格见表1．

聚合物复合材料的光学透明度受填充材料颗粒大小的限制，因为如果填充材料足够大，足以散射入射光，复合材料将根据散射光的数量变成半透明或不透明。在本研究中，如图所示，由于微尺寸的MK填料的存在，入射光发生了总散射，使得复合样品不透明4．

3.结果与讨论

3．1.高岭土的结构研究及三乙醇胺对粘土的表面改性

如样品制备技术一节所述2．3.1，对高岭土进行了两种不同的处理过程:(1)去除高岭土中的水分或水分含量，并在600°C下热处理3 h(热处理高岭土或MK)和(2)只去除高岭土中存在的水分的热处理(生高岭土)。在热处理后的高岭土中，铝占绝大多数₂如果₂O₅(哦)₄在600°C热处理3 h后，去除生高岭土中存在的物质，如图所示5，根据高岭石铝的ICDD文件号₂如果₂O₅(哦)₄， 80-885和α石英SiO₂, 85 - 1054。Wang等人也观察到高岭土或高岭土热处理时的晶体结构发生了类似的转变。17］．

对高岭土和经三乙醇胺(TEA)处理的高岭土进行XRD分析，如图所示6，以改变高岭土的表面。除了高岭土的特征峰，即 °，19.94°，24.90°，35.98°，38.46°，45.66°，55.12°，62.34°，°在面间和d-间距无其他变化。TEA是一种强碱，根据ph值的不同，高岭土粘土也带有负的表面电荷。在碱性条件下，高岭土要么代表中性电荷，要么代表负电荷[18];因此，预期它会排斥负的TEA。

3．2．高岭土和偏高岭土的吸水性能

分别对高岭土和MK进行吸水试验，结果表明MK的吸水率低于高岭土，是防腐蚀涂料较好的填充剂。涂层吸水过多会起泡，导致使用时间缩短。图中显示了纯环氧、环氧/MK、环氧高岭土复合材料的重量随水浸时间的增加7．

阿卜杜勒·马吉德和萨巴尔[19结果表明，在PVC/高岭土复合材料中，随着高岭土含量的增加，吸收率普遍增加。阿米特(20.在对低密度聚乙烯与原/煅烧高岭土复合材料物理力学性能的研究中，发现煅烧高岭土与行高岭土的吸水能力存在差异。根据他们的研究，煅烧高岭土的吸水率比高岭土低[12］．

3．3.光学显微镜观察

在环氧树脂聚合过程中，固化剂打开C-O-C环，键重新排列连接单体形成三维交联链状分子网络;这种固化(收缩)导致在环氧树脂中形成孔状网络。从光学显微镜图像可以看出，整洁的环氧树脂比复合材料具有更高的孔隙率(黑色球状结构是环氧树脂固化后形成的多孔结构，如图所示的光学显微镜图像所示8）;对于复合材料，填充剂的加入导致了孔隙率的降低;这是由于偏高岭土的填充作用造成的。根据图8(一个)， EP0中存在较多的空隙，这可能是树脂吸水率高的原因。但是对于复合材料，它显示减少孔隙度与浓度的增加可,这是由于孔隙细化特性可孔隙大小分布曲线表明扭曲的显著影响,可增加孔隙大小分布的细尺寸与样品相比没有可。也观察到孔隙度随MK置换程度的增加而显著降低;如图所示8．虽然没有达到100%的孔隙细化，但7 wt复合材料仍表现出较高的孔隙还原性能。%可。

3．4．腐蚀研究

腐蚀是一种材料(通常是金属)与环境之间的化学或电化学反应，这种反应会导致材料及其性能的恶化。它也表现为电解质作用于金属的破坏过程。镀锌钢由于其良好的耐腐蚀性能，最常用于建筑、屋顶、汽车部件和水管系统等应用。镀锌钢板的耐蚀性在很大程度上取决于镀锌工艺所获得的保护。镀锌涂层为钢件提供了可靠的长期保护，如果暴露在合适的环境中，不受腐蚀。镀锌部件在空气污染低且表面湿润只是暂时的地方暴露在气候影响下表现最好。如果腐蚀条件不适合热镀锌涂层，在一定条件下涂层的使用寿命可能很短。锌的腐蚀主要是由于空气污染严重，特别是大气中二氧化硫或氯化物浓度的增加。

3.4.1。酸浸试验

根据Pourbaix图，在pH值为5.5至12的溶液中，镀锌钢表现最好。ph值在3 - 5.5(酸性)或12 - 13.5(碱性)之间对镀锌钢具有腐蚀性，但镀锌层仍然会对裸钢进行腐蚀保护，尽管这种保护只能持续几年。测定硫酸(pH)对腐蚀的影响，2ml H₂所以₄先混合100ml蒸馏水，然后将包被样品和参比样品浸泡在酸/水溶液中。样品分别在不同容器中浸泡2 h和24 h。

需要注意的是，硫酸从外部向内部迁移。因此，与酸接触的外表面必须在中和和防止溶液穿透内部或底物方面发挥重要作用。根据试验结果，试件浸入2吨重的水中。除未包覆GZ外，暴露2 h后对%硫酸溶液的影响不大，24 h后所有样品对酸性溶液的性能均较差。7重量的标本。% MK对强腐蚀硫酸溶液的耐受性优于参比(GZ)和其他涂层样品;如图所示9和10．这一作用的速率取决于孔的数量和涂层的孔结构，最重要的是，硫酸的pH值和浓度。

3.4.2。吸水试验

将制备的试样置于室温水浴中约7 d，直至达到饱和状态，并定期间隔1 h，前4 h，增加到24 h，然后增加浸泡时间，分别为48、72和96 h。在使用电子天平称重之前，每个样本首先从水中取出，并用组织烘干。通过室温吸水试验研究了环氧树脂复合材料的吸水趋势和水在试样中的扩散。在初始阶段，吸水量( ）随着时间的增加，当曝光时间较长时，呈现渐近行为(饱和度)(图11)．在EP5和EP7中显示的重量负下降可能是由于复合材料中由于吸附水而失去松散粘结的填料，Omar也证实了这一点[21］．水的吸附会导致未反应的单体和/或未反应的填料的洗脱，这反过来会导致重量的损失。

4.结论

在这项研究中,加强了环氧树脂可与不同浓度()以观察效果的可增援孔隙细化和腐蚀性能(吸水率和耐酸性产权)的复合,并通过上述处理方法,合成了环氧/可复合。TEA处理后MK的表面改性效果没有明显改善，这主要是由于TEA的碱性高和填料的表面带负电荷。通过对所有环氧复合材料的吸水率和耐酸性能的测试。% MK复合材料，对耐酸性和吸附性能均有积极的影响。MK的性能提高是由于其具有较高的孔细化能力和护酸能力，同时由于高岭土煅烧过程中OH基团的去除导致其吸水性能较低。总体而言，涂层中填料浓度、涂层厚度和基体表面制备是影响复合涂层耐蚀性的主要因素，且涂层厚度越大，有效耐蚀性越强。环氧树脂/ 7 wt。% MK涂层样品，涂层厚度为250μ与其他样品相比，M具有更好的耐蚀性能。作者认为，为了进一步提高卡迪路克斯环氧树脂的屏障防护性能，采用纳米颗粒和树脂的热交联将会有更好的性能。

数据可用性

可根据要求提供数据。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

参考文献

1. B. Ramezanzadeh, S. Niroumandrad, A. Ahmadi, M. Mahdavian，和M. H. M. Moghadam，“通过氨基功能化氧化石墨烯的湿转移增强环氧涂层的屏障和防腐性能”，腐蚀科学，第103卷，第283-304页，2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
2. T. Ohtsuka，“导电聚合物涂层对钢的腐蚀防护”，国际腐蚀杂志， 2012年第5期。1、文章编号915090,7页，2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
3. G. M. Spinks, A. J. Dominis, G. G. Wallace, D. E. Tallman，“用于腐蚀控制的电活性导电聚合物”，固体电化学学报，第6卷，第2期2，页85-100,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. a . D. King和J. R. Scully，“通过富镁底漆对2024-T351的牺牲阳极电和屏障腐蚀保护以及剩余寿命评估测试方法的开发”，腐蚀，第67卷，第5期5, pp. 1-22, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. 郑华，邵勇，王勇，G.孟，刘博，“氧化石墨烯-聚脲-甲醛复合材料增强环氧树脂涂层的耐腐蚀性能，”腐蚀科学，第123卷，第267-277页，2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
6. P. B. Messersmith和E. P. Giannelis，“层状硅酸盐-环氧纳米复合材料的合成和表征”，化学材料，第6卷，第2期10，第1719-1725页，1994。视图:出版商的网站|谷歌学者
7. J. Ampudia, E. Larrauri, E. M. Gil, M. Rodríguez，和L. M. León，“环氧树脂固化动力学的热扫描流变学分析。一、酸酐作固化剂。应用聚合物科学，第71卷，第71期8，第1239-1245页，1999。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. s . h .金添加氧化石墨烯提高环氧涂料的防水性能威廉和玛丽学院，理学学士，2017。
9. S. Radhakrishnan, C. R. Siju, D. Mahanta, S. Patil, and G. Madras， "导电聚苯胺纳米tio₂智能耐腐蚀涂层的复合材料，”Electrochimica学报第54卷第5期4, pp. 1249-1254, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
10. S. K. Dhoke, A. S. Khanna, T. J. M. Sinha，“纳米氧化锌粒子对醇酸基水性涂料腐蚀行为的影响”，有机涂料的研究进展号，第64卷。4，第371-382页，2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
11. 徐建军，陶建军，“纳米颗粒增强镍基复合合金化层的腐蚀与磨损行为研究”，应用表面科学第254期13, pp. 4036-4043, 2008。视图:出版商的网站|谷歌学者
12. M. Behzadnasab, S. M. Mirabedini, K. Kabiri，和S. Jamali，“含硅烷处理ZrO的环氧涂层的腐蚀性能₂3.5% NaCl溶液中低碳钢上的纳米粒子腐蚀科学，第53卷，第53期1, pp. 89-98, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
13. 陈斌，马军，顾磊，“含低聚苯胺的光固化涂料的耐腐蚀性能”，国际电化学科学杂志， vol. 10, pp. 9154-9166, 2015。视图:谷歌学者
14. “纳米粒子对环氧涂层耐腐蚀性能的影响”，“纳米粒子对环氧涂层耐腐蚀性能的影响”，表面及涂层技术第204卷第1期3, pp. 237 - 245,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
15. H. M. Fentaw和T. Mengistu，《埃塞俄比亚Kombelcha和Bombowha高岭土的比较》，应用粘土科学，第13卷，第2期2, 1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
16. ASTM， " G31 -金属实验室浸没腐蚀试验的标准规程" 2004。视图:谷歌学者
17. 王明仁，贾德昌，何平刚，周勇，“高岭土煅烧温度对最终地聚合物结构和性能的影响，”材料的信件号，第64卷。22页2551-2554,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
18. M. S. Nasser和A. E. James，“电解质浓度和pH对高岭石悬浮物絮凝和流变行为的影响”，工程科学与技术学报，第4卷，第4期。4, pp. 430-446, 2009。视图:谷歌学者
19. B. A. Abdul Majeed和D. A. Sabar，“高岭土对聚氯乙烯复合材料力学性能、热性能、可燃性和吸水率的影响”，伊拉克化学和石油工程学报第18卷第2期2, pp. 27-39, 2017。视图:谷歌学者
20. A. Mallik, A. K. Barik, B. Pal，“低密度聚乙烯和生/煅烧高岭土复合材料物理力学性能的比较研究”，亚洲陶瓷学会学报，第3卷，第2期。2, pp. 212-216, 2015。视图:出版商的网站|谷歌学者
21. H. A. A. Omar，“树脂填充复合材料的吸水性和溶解度”牙科学院牙科修复学理学硕士学位， pp. nn38-nn48，西开普大学，2015。视图:谷歌学者

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