铜表面疏水性防腐蚀涂层的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.研究背景

人类的生活离不开各类金属的使用，然而，金属如不锈钢、铜、铝等的腐蚀会对桥梁、管道，船舶、公共建筑物、家用设备等造成不可逆的伤害，严重威胁了公共安全并造成巨大的经济损失和环境污染。涂层防护是减缓金属腐蚀速率的一种主要方法，可通过阻碍金属与周围环境的接触来提高金属的耐蚀性。其中，表面疏水技术在涂层领域中有着广泛研究，现代工业对疏水涂料的快速增长的需求，赋予了功能化疏水涂料以勃勃生机。疏水涂层正是在此基础上发展而来的一种新型表面技术，通常指表面静态水接触角θ大于90°的一类低表面能涂料，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、和自清洁以及防止电流传导等特点，还由于其具有表面粗糙、表面能低的特点，可有效阻挡腐蚀性物质的渗透，因此在金属防腐领域受到了广泛关注。

有机涂层是金属防腐蚀领域最为广泛应用的材料，在运输和基础设施中发挥着至关重要的作用。树脂材料因具有优越的耐化学品和耐腐蚀性能，以及优异的附着力、高的交联密度等特点而在防腐蚀领域得到了广泛应用^[1]，一直都是应用开发的热点。然而，由于树脂通常为三维网状结构，存在孔隙，使其抗渗透性差，外界腐蚀粒子容易通过涂层的孔隙达到金属基体表面发生电化学反应，从而使其防腐蚀性能下降。但是，通过对树脂涂层的结构、化学和物理特征进行改性，能够赋予其新的附加功能，强化涂层耐蚀性。树脂材料的改性方法有很多，传统的增韧方法是将韧性好的聚合物如橡胶弹性体或热塑性树脂等加入到树脂中，使其复合材料的韧性有显著的提高，然而，该法在提高树脂韧性的同时却使耐热性等性能有不同程度的降低。近年来，纳米材料的出现和纳米技术的发展，为聚合物的改性又提供了一个新的途径。

无机纳米材料如纳米sio₂、纳米tio₂由于具有优异的耐热性及稳定性已被越来越多地应用在聚合物的改性研究中。纳米sio₂是无定型的白色粉末，其分子结构中存在大量不饱和的残键和不同键合状态的羟基，分子结构呈三维链状结构。这种结构与树脂的某些基团可以发生键合作用，从而大大改善材料的硬度和强度。通过向涂料中添加纳米粒子，可有效填补涂料的孔隙，降低孔隙率，使孔隙变细小，从而提高涂料的抗渗透性，达到更好的防腐蚀效果。同时，纳米sio₂分子具有配位严重不足、比表面积大等诸多性质，利于对其进行疏水改性。因此，将改性后的纳米粒子添加至树脂材料中，同时可获得疏水性质的涂层材料，强化涂层耐蚀性的同时还可可提高涂料的机械性能，使涂层材料在恶劣的环境中依然能够发挥良好的作用。

2. 研究内容和预期目标

本课题通过在铜表面制备纳米sio₂/树脂材料复合涂层来实现对铜的腐蚀防护。通过对铜进行表面处理并优化涂层制备工艺，获得高性能疏水性纳米sio₂/树脂材料复合涂层。通过电化学测试分析纳米sio₂/树脂材料复合涂层保护下的铜在所模拟的腐蚀环境中的耐腐蚀性，结合成分与微结构表征，系统分析涂层对金属铜的防腐蚀机理。

研究内容：

（1）纳米sio₂/树脂材料复合涂层的制备的研究：利用十八烷基三氯硅烷对纳米sio₂进行疏水改性，随后将纳米sio₂与树脂材料进行复合，制备疏水性纳米sio₂/树脂材料复合涂层。

（2）纳米sio₂/树脂材料复合涂层的性能的研究：通过扫描电镜（sem）、傅里叶红外光谱（ft-ir）、水滴接触角（ca）测试对涂层的形貌、结构及疏水性质进行表征；以nacl溶液模拟中性盐腐蚀环境，通过电化学性能测试研究涂层保护下的铜进行防腐蚀性能测试，对比分析涂层对金属铜的防腐蚀效率。

3. 研究的方法与步骤

1.实验仪器和试剂

（1）仪器：烧杯，玻璃棒，油浴锅，磁力搅拌器，傅里叶红外光谱仪（ft-ir），接触角测量仪，扫描电子显微镜（sem），超声波清洗机等。

（2）试剂：纳米sio₂，无水乙醇，十八烷基三氯硅烷（ots），树脂材料等。

2.实验步骤

4. 参考文献

[1]ou b,wang y,lu y.a review on fundamentals and strategy of epoxy-resin-based anticorrosive coating materials[j]. polymer-plastics technology and materials, 2021, 60(6) : 601-625.

[2]柯昌银.纳米二氧化硅环氧树脂复合材料研究进展[j].江西化工,2019(01):24-25.

[3]顾元松,陈莉,陈苏.纳米sio₂复合材料的研究进展[j].南京工业大学学报(自然科学版),2003(04):107-110.

5. 计划与进度安排

1.2022.03.01～2022.03.14:查阅文献，了解课题背景，初步设计实验，完成开题报告。

2.2022.03.15～2022.03.31:开展初步实验，对纳米粒子进行疏水改性，探索改性条件对纳米粒子疏水性质的影响。

3.2022.04.01～2022.04.14:将改性的纳米粒子引入至有机涂层材料中，探究疏水纳米粒子对涂层形貌、结构及疏水性质的影响。