摘要

将碳纳米管（CNTs）以水性浆料的形式添加在环氧乳液中，制备CNTs改性水性环氧富锌防腐涂料以解决传统富锌涂料高锌含量的问题。通过SEM来观察涂层的形貌，附着力、耐冲击测试表征涂层的机械性能，开路电压、极化曲线和耐盐雾等方法探讨碳纳米管含量对环氧富锌防腐涂层防腐性能的影响。结果表明：涂层中添加CNTs可以增强涂层的耐冲击性，且CNTs对涂层附着力的影响不显著；涂层防腐性能随CNTs含量的增加呈现先增强后减弱的趋势；在60.0%锌含量体系中，添加0.2%含量的CNTs，与60.0%锌含量空白组比较，涂层腐蚀电流密度降低66.7%，与70.0%锌含量空白组比较，其腐蚀电流密度也可降低53.8%，且耐盐雾实验2 000 h后，涂层仍未出现明显腐蚀现象，即在60.0%锌含量体系中添加0.2%含量的CNTs，不仅可以降低涂层10.0%的锌含量，还可以增强涂层的防腐性能。

碳纳米管对水性环氧富锌防腐涂料防腐性能的影响

环氧富锌防腐涂料是目前应用最广泛、最有效的钢材保护材料之一。环氧富锌防腐涂料的防护机理主要有2种：一是阴极保护作用，二是屏蔽效应。

Cubides等研究认为环氧富锌防腐涂层的作用机理与涂层中的锌含量密切相关，其认为涂层中的锌含量为60%时，涂层防腐作用机制以屏蔽作用为主；涂层中的锌含量为70%时，涂层防腐主要是阴极保护作用与屏蔽作用两者的综合；当涂层中的锌含量达80%以上时，涂层防腐机理主要为阴极保护作用。若要锌粉在环氧富锌涂层中起到阴极保护作用，则其必须与基材有效地搭接在一起，构成一个微原电池，一旦锌粉与基材之间不能构成原电池，涂层便失去了阴极保护作用，所以为保证涂层锌粉能有效地起到阴极保护作用，传统环氧富锌底漆中锌含量一般在70%以上。但随着涂层中的锌粉发生氧化，生成的氧化锌等氧化产物会阻碍微原电池的形成，涂层会丧失阴极保护作用。此时，涂层中仍有较多的锌粉存在，锌粉的利用率不高，易造成锌资源的浪费与环境污染等问题，且高锌含量会使得涂料的流平性与涂层的致密性、附着力、柔韧性等性能不佳。

目前，有许多关于环氧富锌涂层的研究报道，Park 等采取球磨分散方式将多壁碳纳米管（MCNTs）预分散在二甲苯中制备MCNTs改性环氧富锌防腐涂层，探讨MCNTs对涂层性能的影响，研究表明：在60%锌含量体系中添加0. 10%~0. 25%含量的MCNTs，在30 圈湿热腐蚀测试后，涂层的附着力为11~12 MPa，仅下降8%~19%，且涂层未出现明显腐蚀现象，而未添加MCNTs涂层的附着力为4 MPa，下降了近70%，且涂层出现锈斑等腐蚀现象。Wang等研究表明在低锌含量的环氧富锌涂层中添加CNTs可以增强涂层的防腐性能；而Fukuda 等探讨了在3. 5%NaCl溶液中，加入CNTs会提高碳纳米管-镁复合材料中镁的腐蚀速率，在涂层中添加CNTs是否能增强涂层的防腐性能还有待进一步探讨。除添加CNTs外，在环氧富锌防腐涂层中添加石墨烯、氧化石墨烯、聚苯胺、纳米黏土、二氧化钛等材料也可以增强涂层的防腐性能。

CNTs具有优异的导电性能和纳米尺寸效应，在涂层中不仅可以延长腐蚀性介质（水、氧气等）进入钢铁基材表面的路径，还可以在阴极保护阶段传递电子。本文将CNTs以水性浆料的形式添加在环氧乳液中，制备水性CNTs-环氧富锌防腐涂层，减少涂料制备过程中溶剂的使用量，降低VOC 含量，探讨CNTs对60%锌含量水性环氧防腐涂层防腐性能的影响，通过SEM、划格试验、耐....