来自哈尔滨工业大学、韦仕敦大学（Western University）和天津大学的研究人员共同探讨了纳米粘土与BaSO4填料在提升聚酯粉末涂料耐腐蚀性方面的协同效应。
来源：PPCJ
整理：冯颖
纳米粘土已被证实为一种有效的防腐添加剂，主要依赖于其溶胀和膨胀带来的自我修复能力，以及其高纵横比所形成的被动阻隔作用。然而，纳米粘土的这些特性在腐蚀环境中与复杂涂层体系中其他成分的相互作用仍不明确。本研究探讨了两种不同粒度的纳米粘土与常用的降本填料BaSO4在涂层系统中的综合效应。
Part 01
纳米粘土与防腐涂料
防腐涂层对于保护金属材料至关重要，具有重要的经济和技术意义。长期以来，人们一直致力于研究防腐涂层的保护机制，并提升其性能。裸露或未涂层的钢铁基材在腐蚀过程中会发生电化学反应，导致材料老化。而具备良好基材附着力的高效涂层能够形成致密屏障，减少氯离子、氧气和水等腐蚀性物质对基材的渗透。这类涂层能够隔离阳极和阴极区域，抑制阴极半反应的发生，并降低高pH值对涂层粘合剂的降解影响。同时，湿附着力不足可能会因水引发的内应力变化导致涂层分层。
在涂料配方中，填料或体质颜料是与树脂、固化剂、颜料及其他成分一起使用的常见添加剂。填料能够降低材料成本，同时提高机械强度。滑石粉和BaSO4是众所周知的涂料填料，与其他添加剂如蒙脱石结合使用时，可以显著提高防腐蚀性能。然而，在聚酯/TGIC粉末涂料中单独使用BaSO4时，并不会产生阻隔效果，但它可以减少作为防腐颜料的磷酸锌的用量。此外，蒙脱石还可以作为其他聚合物成分的分散助剂。
在研究和工业实践中，使用多种类型的固体颗粒（如颜料、添加剂和填料）来配制涂料非常普遍。由于这些成分之间相互作用的复杂性，这些组合通常需要通过实验进行评估。有关这些组合效果的研究在文献中并不多见。因此，本研究的其中一个目的就是利用电化学技术，在不含挥发性有机化合物 (VOCs) 的粉末涂料中探索这一课题。
研究评估了两种市售蒙脱石基纳米粘土——Claytone®HT (C1) 和 CLOISITE® 30B (C2)——在聚酯/三缩水甘油异氰尿酸酯 (TGIC) 清漆粉末涂料体系中作为防腐添加剂的性能。这两种纳米粘土均具层状结构和高纵横比，当涂层暴露于腐蚀环境中时，可增加涂膜的曲折度、降低渗透性，进而减缓电解质的渗入。通过系统性地将每种添加剂融入涂层粘合剂，并结合适用的ASTM标准、电化学测量及表面与结构表征进行评估，确定了各添加剂的最佳用量。在中性盐雾和电化学测试中，粒径较大的纳米粘土相比粒径较小的表现出更优异的阻隔性能和自我修复能力。
表 1. 两种纳米粘土的粒度分布（用激光粒度分析仪 BT9300S 测量，Betterize 仪器有限公司）
Part 02
研究结论
研究探讨了在抗紫外线聚酯/TGIC 粉末涂料体系中加入两种不同粒径的纳米粘土，以增强其防腐蚀性能。研究人员通过电化学测试和中性盐雾试验，比较了不同涂层的性能。
通过中性盐雾试验、电化学分析及表面特征描述，研究确定了实现强阻隔效应的最佳条件。令人意外的是，较低含量的纳米粘土（2%）与BaSO4填料的结合展现了显著的协同效应。纳米粘土不仅通过自我修复和阻隔效果弥补了因添加BaSO4导致的阻隔性下降，还有效克服了在较高纳米粘土用量（4%及以上）时出现的分层问题。
与未添加纳米粘土的涂层相比，含有2%大粒径纳米粘土和BaSO4的涂层板在耐孔隙性方面提升了两个数量级，经过25天浸泡后仍能保持在107 Ω∙cm²的水平。因此，该涂层板的腐蚀扩展速度显著减缓。在盐雾试验中，当爬蚀超过2毫米时，涂层板的使用寿命已达2500小时。这项研究为深入理解和在高性能智能防腐涂层中合理利用纳米粘土提供了重要参考。
图1，含有 0-16% 纳米粘土 C1、C2 和填料的涂层的中性盐雾结果。
这项研究有助于更好地理解高性能智能防腐涂料中纳米粘土与填料之间的相互作用，并为配制适用于不同应用场景的涂料提供了宝贵的启示。
▷ 文字编辑 | Sabrina Feng
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