中山大学:用于油污表面具有强附着力的防腐聚合物涂层
2026-03-06 17:35:17 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

在桥梁、电力传输塔和海上钻井平台等工程领域,金属部件(如轴承、结构钢、紧固件和齿轮)在制造、运输、储存和组装过程中通常会浸入油中进行保护,或者在使用过程中不可避免地会被油污染。因此,在最终使用前,必须彻底去除部件表面的油脂,然后涂上高性能的保护涂层,以确保附着力和长期保护。由于某些金属部件(如螺栓、风力涡轮机齿轮、船舶压载舱)结构复杂或尺寸较大,传统的清洁方法难以完全清除油污。这会导致涂层与基材的界面形成一层薄弱的边界层,显著削弱了涂层的粘附强度,导致涂层过早失效,从而造成巨大的经济损失。

聚氨酯(PU)是一种分子链中含有重复的氨基甲酸酯键(-NHCOO-)的聚合物,其优异的基材附着力源于多种机制的协同作用,包括化学键合、机械联锁和物理吸附,使其能够与大多数材料表面形成牢固的界面键合。此外,PU具有优异的分子设计灵活性、环境适应性和功能改性的巨大潜力。这些综合性能为其在防护工程应用中的广泛使用奠定了基础。

对于户外应用,PU涂料通常是首选,因为它们具有优异的耐候性、耐用性和易于施工的特点。然而,水性聚氨酯涂料对施工环境和基材条件提出了严格的要求,这使得它们无法用于潮湿或油污污染的表面。在这方面,溶剂型涂料展现出了明显的优势。传统的溶剂型PU涂料包含聚合物粘合剂填料、添加剂和溶剂。溶剂在控制分子量、降低粘度、增强涂层的流动性和流平性方面起着关键作用,从而提高了其整体性能。尽管溶剂型聚氨酯涂层在工程中被广泛使用,但针对在油污染表面实现可靠附着力的研究仍然严重不足。

为了解决被油污染表面所带来的粘附问题,现有的“湿粘合剂”研究提出了两种主要的策略。第一种是“拒油”策略,其目的是将油膜从粘连界面处移除,从而形成一个相对“干净”的直接接触表面。然而,这种拒油能力有限,当面对更厚或更高粘度的油膜时,可能无法完全排除,导致粘附失效或强度显著降低。第二种是“油封”策略,它并非试图排斥油膜,而是将它“融入”粘合剂主体中,从而克服油膜厚度带来的限制。总的来说,“油封”策略在复杂工程环境中具有更广泛的适用性,这些场景中的油覆盖范围、薄膜厚度和油类型都在变化。

近期,中山大学罗荘竹团队成功制备了一种在油污表面具有强附着力的防腐聚合物涂层

以非极性对二甲苯(PX)作为关键溶剂、聚氨酯(PU)作为粘合剂、含氟聚合物(PF)作为防腐填料,在室温下制得PUPX涂层。

所制得的涂层粘附强度为12.97MPa,在100%被油覆盖的油污染基材上粘附强度高达11.45MPa,比使用极性乙酸乙酯(EA)作为溶剂的涂层高出约40%。由于PX与油之间的极性匹配促进了相互扩散,以及溶剂蒸发产生的化学势差,油分子被有效地从基材界面驱动迁移到涂层内部及表面,该机制通过液滴撞击实验得到了验证。此外,该涂层在油污染表面表现出优异的耐腐蚀性和广泛的基材适用性,在人工海水中浸泡240小时后,粘附强度保持在6.41MPa。

本研究为高性能防腐涂层在油污染条件下的实际应用提供了新的设计策略和方法支持。



制备及强界面粘附机制













不同极性溶剂制备的PF/PU防腐聚合物涂层(PUEA、PUPX)的制备及强界面粘附机制:(a)涂层制备原理示意图;(b)水接触角;(c)粘附强度;(d)溶胀度;(e)横截面SEM和EDS图像;(f)DSC曲线;(g)X射线衍射图;(h)傅里叶变换红外光谱。



示意图













在污染基材上通过溶剂驱动的油迁移增强界面粘附机制:(a)涂层在油污染表面粘附示意图;(b)不同溶剂驱动界面油置换的示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Interfacial adhesion enhancement mechanism of anti-corrosion polymer coating for oil contaminated engineering equipment”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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