材料腐蝕與防腐一直是材料研發與應用中不可缺少的部分,而環氧樹脂由于優異的防腐能力、粘結力、機械強度使其在防腐方面應用非常廣泛。但是隨著涂料領域的快速發展,環氧樹脂的一些缺點暴露出來:脆性大、耐溫能力不足、存在孔隙等。針對這些缺點,近年來國內外的研究人員對環氧樹脂涂料進行的各類改性研究。首先,主要從改性材料的選取、研究方法的創新上綜述了當前國內外主流的研究方向:針對存在孔隙,采取摻雜具有特定功能(如耐磨、耐溫、耐酸堿等)的微納米無機物;針對耐溫性能差、脆性高等,對環氧樹脂在分子層面上進行改進設計以提高相關的性能或使環氧樹脂具備獨特的功能;對于特殊適用場景,采用仿生設計使涂層具備疏水、殺菌等防污功效且對環境無污染。

環氧樹脂防腐機理及缺陷氧樹脂具有耐腐蝕能力強、電絕緣性好、強度高等特點,同時具有附著力強、能常溫操作、施工簡便等良好的工藝性,這些特點高度符合涂料領域專家學者關于涂料防腐性能提出的關鍵指標:電性能、涂層異質性、耐蝕性。環氧樹脂在防腐作用中主要起到的是一種物理屏蔽作用,使得腐蝕因子無法到達基底材料。環氧樹脂在涂料領域應用非常廣泛,但是環氧樹脂有著一些致命的缺點,使得環氧樹脂涂料性能的進一步提高受到制約。環氧樹脂分子內部含有兩個以上環氧基團,會在固化劑的作用下交聯固化生成網狀結構,其內部結構的性質,導致環氧樹脂在宏觀表現出相對的脆性;在開始固化時,溶解在樹脂內部的溶劑將不斷的釋放出來,會在涂層上產生非常多的微孔,如圖1所示,這些微孔的存在會給腐蝕介質抵達基底提供通道,涂層微孔的存在會對整體耐腐蝕性能和硬度帶來影響。國內外的研究學者通常采用添加物來改性環氧樹脂的綜合性能,例如合成橡膠、納米材料等。但是用合成橡膠、熱塑性聚合物的添加常常導致環氧樹脂涂料其它方面的性能降低。

無機納米填料、環氧樹脂分子設計、宏觀結構設計等是目前改性環氧樹脂涂料最主流、效果最顯著的幾種改性方案。

1、無機填充

無機微納米粒子比表面積大,具有非常高的表面能,納米效應顯著,添加少量的微納米粒子即可顯著的提升環氧樹脂的性能,是改性環氧樹脂的一大研究熱點。在無機填料的選取上主要有兩種,分別是顆粒狀的納米材料和二維片層納米材料。無機填充材料主要是對環氧樹脂的微孔起到物理封閉作用使得腐蝕介質無法穿透環氧樹脂的隔離層,有的無機填料起到的是電化學屏蔽作用使得金屬基底的電化學腐蝕得到緩解。在選取材料時還會同時考慮到材料的其他如耐磨、耐溫、耐酸堿等性能,所以無機填料能夠有效的增強涂層的綜合性能。

2、分子設計

除了填充無機填料外,直接對環氧樹脂進行分子改性也是目前環氧涂料性能改進的主流。這個分子設計相當于生物工程里面的基因設計,將其它的官能團直接編輯到環氧樹脂的分子中,從而在根本上增強環氧樹脂涂料的性能。Gongwen Tang團隊利用雙酚A型環氧樹 脂(EP)和二異丙氧基-雙乙基乙酰乙酸鈦酸酯(SG),合成了包含環氧基和有機鈦螯合鍵的自固化熱固性樹脂EP-SG 樹脂,其具有非常好的穩定性,可以通過加熱而固化。

3、仿生設計

在自然界中很多生物具有許多特殊的結構,讓它們具特殊的功能。進行仿生涂料設計的靈感來源于這些生物,仿生涂料主要有兩種類型:仿生結構設計和仿生生物設計。仿生結構設計主要是研究生物的一些特殊的結構從而讓設計出來的涂層也具有相似的性能,例如荷葉的疏水,鯊魚的減阻等;仿生生物設計主要是從大自然界已有的生物中提取一些對涂層防腐有益的物質,然后制備出特定功能的仿生涂料,例如辣椒素、藻類代謝物、生物酶等。Zhaoliang Dou對魚鱗的表面微觀結構進行了生物學特征分析,然后通過涂層技術將環氧涂料制造成類似的魚鱗仿生表面以減少阻力,這種仿生設計能夠顯著的減小水流帶來的阻力,減小阻力意味著涂層所受的沖擊降低防腐壽命將提高,這種設計適用于常年在河流、海洋工作的船只設備的防腐。

環氧樹脂作為防腐涂料設計中的重要角色，通過對其特殊改性，能使其獲得更大的使用價值和更廣的市場前景

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