環(huán)氧樹脂為基材的材料具有良好的粘接性能、耐化學性、良好的加工性能和電絕緣性能等，因此環(huán)氧樹脂材料也是一種最為通用的抗腐蝕涂層的基材。例如鋼筋的表面就會包覆一層環(huán)氧樹脂來防腐蝕。

    環(huán)氧樹脂能夠保護鋼材主要是由于：

    首先，涂層本身可以作為物理隔絕層來延緩一些物質的傾入，如水、氧氣以及氯化物等。這些物質的傾入將改變混凝土材料內部的堿性環(huán)境，從而使鋼材的周邊環(huán)境呈酸性，最終造成鋼材的腐蝕。

    其次，在涂層的內部可以引入抗腐蝕劑和一些其他的添加劑，涂層本身相當于一個載體。抗腐蝕劑可以和內部的氯化物作用，從而延緩材料的腐蝕作用。

    但是，環(huán)氧樹脂材料存在一個明顯的缺點就是容易表面磨損且產生裂紋后，無法有效地組織裂紋的生長，從而造成材料破壞。因此從環(huán)氧樹脂所起到的作用來講，環(huán)氧樹脂易受磨損也易破壞的特性會造成涂層耐腐蝕性能下降。環(huán)氧樹脂涂層內部存在的缺陷也會造成水、氧氣和其他物質的傾入，從而加速內部材料的腐蝕。

    目前也有一些技術實現(xiàn)對環(huán)氧樹脂的修復，來避免環(huán)氧樹脂本身的缺點對耐腐蝕性能的影響。環(huán)氧樹脂在固化過程中也存在一定的體積收縮，收縮過程中由于極性的影響也會吸收部分水分。近年來，隨著納米材料研究的興起，納米材料的引入可以有效地消除環(huán)氧樹脂本身的不利影響。

    傳統(tǒng)的涂料技術采用的溶劑多為有機溶劑，在當前的環(huán)境下，有機環(huán)境的揮發(fā)對人體造成傷害，有機溶劑的釋放也就是我們常說的VOCs。隨著技術的發(fā)展，提出了以水為溶劑的環(huán)保涂料。

    今天我們要介紹的正是符合當前涂料的綠色環(huán)保趨勢，一種水性環(huán)保環(huán)氧涂料。來自華盛頓州立大學和武漢理工大學的聯(lián)合研究課題小組將多種納米材料引入到鋼材表面的涂層上，該研究的選定了如下納米材料：納米氧化鐵、多壁碳納米管、硅氧烷改性的蒙脫土材料和納米蒙脫土原土材料。選定的環(huán)氧樹脂為ANCAREX AR555，固化劑為ANQUAMINE 419，碳納米管選購的是NC 7000。

    一些材料的微觀結構見圖1和2。相應的納米材料涂層通過將納米材料以溶液的形式引入到環(huán)氧樹脂的固化過程。利用溶劑的可以有效地提升納米材料在環(huán)氧樹脂基材內部的分散，最后以真空法脫去溶劑。在這項研究中環(huán)氧樹脂和固化劑以1：1的組成比例分別稀釋，還有納米材料溶液、環(huán)氧樹脂和固化劑混合，最終攪拌的速度設定為1550 rpm，后經過超聲10分鐘。最終將鋼材浸沒在溶液內部并攪拌一分鐘，最終在40 oC 固化24小時。具有涂層的樣品在室溫下和一定的濕度下存放6天，最終獲取滿足測試的樣品。

    圖1.碳納米管的微觀圖像

    圖2.改性納米粘土的掃描電鏡圖片

    圖3. 腐蝕速率的測定

    圖3顯示了鋼材的瞬時腐蝕速率，從圖中可見抗腐蝕劑的含量在1.5%和3.25%之間時可以大大的降低鋼材的腐蝕速率。實際上來講，納米填料的引入到環(huán)氧樹脂之中，它們特殊的結構可以提升材料內部的致密結構提升環(huán)氧樹脂本身的阻隔性能。考慮到一些納米填料（如碳納米管）會降低環(huán)氧樹脂涂層的電阻，也會過高的提升鋼材的腐蝕速率的實驗值。對于非導電的涂層，腐蝕速率可以用于評價鋼材與電解質之間的涂層的耐腐蝕性能。

    該探索性研究獲得如下發(fā)現(xiàn)：

    首先，納米材料的引入會提升涂層的一些性能，尤其是將納米材料實現(xiàn)均勻分布后可以和涂層本身實現(xiàn)協(xié)同作用，提升材料的抗腐蝕性能。

    其次，對于納米材料而言其在材料內部的分散也是一個非常重要的因素，良好的分散可以提升材料的內部結構的致密性有效地提供屏蔽效應，因此分散程度也正比于涂層的抗腐蝕性能。

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責任編輯：王元

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