水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为

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1、水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为杨丽霞1’2，张三平2，李晓刚1，程学群1，邓洪达2(1．北京科技大学材料学院100083；2．武汉材料保护研究所环境腐蚀室430030)[摘要]采用渗水率测试技术、渗氯离子浓度测试方法及交流阻抗测试技术研究了水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为。结果表明：在渗透初期，水在涂层中的传输符合Fick扩散定律，之后涂层渗水量达到饱和，随涂膜厚度的增加，涂层渗水量达到饱和的时间相对延长，饱和渗水量随膜厚的增加而降低；CF在涂层中的扩散在起始阶段呈一定值，达到某一临界点后(漆膜结构发生

2、变化)。透过涂层的cl一的量突然呈线性增加，由直线斜率可求得氯离子在涂层中的扩散系数，随涂膜厚度的增加，溶液中cl一浓度保持平衡的时间相对延长，涂层的平衡渗透氯离子浓度降低，a一在涂层中的扩散系数也随膜厚的增加而降低；采用EIS技术，据涂层、膜下金属阻抗及电容的变化及体系第二个时间常数出现的时间，可对电解质溶液在涂层中的扩散渗透及膜下金属的腐蚀情况进行研究。【关键词l渗水率；丙烯酸聚氨酯涂料；交流阻抗技术；C1—1前言由于水、02、氯离子等腐蚀性离子的侵入，在涂层中形成扩散通道，导致涂层的耐蚀性能降低，失去对金属基材的保护作用。

3、因此，研究水及腐蚀性离子在其中的扩散传输行为对于提高涂层的抗蚀性能具有重要的意义。关于腐蚀性离子在涂层中扩散行为的研究，目前国内外文献报道不多，研究者主要采用EIS技术通过涂层电化学性能的变化来间接表征水在涂层中的传输历程【卜6】，而有关水、尤其盐离子在涂层中传输行为的定量研究少见文献报道【7。81。因此，本文通过定量测试丙烯酸聚氨酯涂层中水、氯离子在不同厚度的游离膜中的渗透情况，结合EIS技术综合研究水、氯离子在涂层中的扩散传输行为。2试验方法2．1渗水率实验制备厚度成梯度变化的游离膜试样，据标准D1653．72(1979)(

4、有机漆膜的湿气渗透率)、E96(在薄板型材料中的蒸汽渗透率)测试涂层的渗水率，由渗透杯中蒸馏水的质量变化，研究水在不同膜厚涂层中的传输行为。在该实验中，游离漆膜试样的厚度均匀性变化不大于总厚度的5％，选用的游离膜表面光滑、无宏观缺陷，在整个实验过程中，控制体系内外相对湿度差为90％，温度为25"C。采用精度为0．00019的分析天平每隔24h称量渗透杯重量，定量研究水在不同膜厚的丙烯酸聚氨酯涂料中的扩散传输行基金资助：国家自然基金重大项目子项(50499331)一57—水、氯离子在丙烯酸聚氨酯涂层中的扩散传输行为为。2．2渗氯离

5、子实验据渗透压原理，制备一套玻璃仪器，仪器左边盛3％NaCI溶液，右边盛蒸馏水，将筛选好的游离涂层膜作为隔离膜，置于NaCI溶液、蒸馏水两容器之间。游离膜的制样同渗水率试验，实验装置置于恒温箱中，T-25℃。采用分光光度计通过定期测试蒸馏水中氯离子浓度的变化，定量研究氯离子在涂层中的扩散传输行为。2．3交流阻抗实验本试验采用PARC378电化学阻抗测量系统，阻抗测量在室温敞开的条件下进行。测量频率范围为105Hz．10。3Hz，其中高频段为105Hz．5Hz，由锁相技术完成，低频部分由FFT技术完成，测量信号为幅值5mV正弦波，

6、每个试样选取60个频率点进行测试，采用三电极体系，电解质为3％NaCI溶液，试样测量面积为l1．94cm2：制备好的涂装钢板试样在大气环境中干燥2个月后，筛选膜厚均匀、表面光滑、无宏观缺陷的试样，电解池是为研究涂层钢板试样电化学性能而特制的，通过测量不同浸泡时间涂层孔隙电阻、双电层电容及膜下金属阻抗、电容的变化，研究电解质溶液在涂层中的扩散渗透。3试验结果与讨论3．1水在涂层中的扩散传输游离膜选用三个厚度梯度，分别为100um、15011m、200um，每组有三个平行样，实验结果图l。Fig4：waterpercolationc

7、apacitytotimeofdifferentfilmthicknessB：9711m；C：150pm；D：200lIm由图l可知，在渗透初期，相同时问问隔内(每隔24h)透过涂层的水量逐渐增加，水在涂层中的传输满足Fick扩散定律；随渗透时间的延长，透过涂层的水量达到恒定，即涂层达到饱和渗水量。由饱和渗水量的大小可计算涂层的渗水率，从而可对涂层的耐蚀性能进行评定。随膜厚的增加(97um一150lIm一200llm)，涂层渗水量达到饱和的时间相对延长(3d一4d一5d)，即涂层自第一阶段(早期渗透)至第二阶段(饱和渗透)的过渡

8、期相对增加，涂层的饱和渗水量逐渐降低(0．09619一0．08309一0．07159)，涂层的渗水率随膜厚的增加也逐渐降低(1．668--'0．922—0．595)。在渗透初期，涂层内的毛细微孔较小，水分子主要受渗透杯内外压差的作用通过涂层中的毛细一58一¨拍¨