眾所周知，潮濕環(huán)境中，鋼鐵的表面容易形成一層電解質(zhì)溶液的薄膜。鋼鐵接觸電解質(zhì)溶液之后，活潑金屬因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)而被腐蝕，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，如何高效環(huán)保解決金屬腐蝕問題呢?近日，揚(yáng)州大學(xué)化工學(xué)院的一群學(xué)生就在該學(xué)院專業(yè)教授的指導(dǎo)下發(fā)明了一種高分子材料解決了此難題，并填補(bǔ)了國內(nèi)行業(yè)空白。

阻止金屬腐蝕不環(huán)保

揚(yáng)大教授帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)明新材料

揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院大四學(xué)生芮敏是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，她告訴記者，她查閱了大量資料發(fā)現(xiàn)，金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大，每年全球金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失占GDP總量的4%左右。“談起一些高分子材料，很多人都覺得離生活很遠(yuǎn)，其實(shí)并不是，它與我們的生活很近，比如現(xiàn)在的這個(gè)發(fā)明創(chuàng)新就是針對(duì)金屬的腐蝕問題。”

芮敏介紹，在國際市場(chǎng)上，最常用的技術(shù)是通過在金屬表面涂覆有機(jī)涂層，實(shí)現(xiàn)金屬與腐蝕介質(zhì)的隔離，從而達(dá)到抑制金屬腐蝕的目的。同時(shí)，為了提高涂層的腐蝕防護(hù)能力，通常會(huì)添加鉛、鉻等強(qiáng)致癌重金屬緩蝕劑。而目前市場(chǎng)上廣泛使用的是以重金屬鋅作為緩蝕材料的富鋅涂料，但其不可忽略的環(huán)保及效能等方面的缺陷也不斷凸現(xiàn)。

朱愛萍教授就表示，富鋅涂料在較酸性環(huán)境使用過程中，富鋅底漆中鋅粉的高速消耗嚴(yán)重制約了產(chǎn)品的使用壽命，并且在長(zhǎng)期使用過程中，伴隨著鋅粉的氧化，底漆涂層中會(huì)產(chǎn)生大量微小空洞，嚴(yán)重削弱了涂層的附著能力，使涂層剝落，最終造成大量額外的腐蝕損耗。

“這種材料在生產(chǎn)時(shí)，也并不環(huán)保，在鋅粉的生產(chǎn)過程中往往伴隨著大量的能源資源消耗并有大量廢棄物質(zhì)的排放，對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染并造成惡劣影響。”朱愛萍表示，在這樣的前提下，她帶領(lǐng)學(xué)生決定試試用最新的材料技術(shù)，讓金屬減少這種腐蝕。而伴隨著新型材料的迅速發(fā)展和成熟，高聚物復(fù)合材料，作為一種新型防腐材料的運(yùn)用也在防腐領(lǐng)域表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力與發(fā)展?jié)撃堋?/span>

防腐能力比原來強(qiáng)十倍

獲全國大學(xué)生創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)

芮敏表示，本產(chǎn)品用的是聚苯胺/碳納米管的復(fù)合納米材料，是在朱愛萍教授的指導(dǎo)下研制的碳納米管與導(dǎo)電聚合物的復(fù)合材料，填充聚苯胺/碳納米管的金屬防腐涂層，可利用復(fù)合材料可逆的氧化還原活性，使與其接觸的金屬表面持續(xù)地鈍化為一層致密的氧化膜，從而使金屬得到有效的腐蝕保護(hù)。另一方面，利用復(fù)合材料的導(dǎo)電性，在金屬界面產(chǎn)生電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)方向與電子傳遞方向相反，能夠阻礙電子從金屬向介質(zhì)中氧化物傳遞，起到電子傳遞的屏障作用，從而起到防腐效果。

“實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，添加1%的本產(chǎn)品可達(dá)到70%鋅的效果，雖然產(chǎn)品價(jià)格較高，但性價(jià)比卻比鋅的要高。”芮敏告訴記者，“不僅如此，我們研發(fā)的材料防腐能力比鋅強(qiáng)近10倍，延長(zhǎng)了絕大多數(shù)金屬的使用壽命。”據(jù)芮敏介紹，該產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)中真正做到了零污染、零排放，產(chǎn)生良好的生態(tài)效益。

“聚苯胺/碳納米管復(fù)合材料是無毒無害的材料，且生產(chǎn)過程排出的水、乙醇等都是可循環(huán)利用的。相比重金屬防腐材料，本產(chǎn)品在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒的重金屬離子，具有無毒環(huán)保的特點(diǎn)。本產(chǎn)品是一種新型的綠色防腐涂料添加劑。”

朱愛萍教授介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的聚苯胺/碳納米管復(fù)合納米材料是一種新型高分子材料添加劑，克服了結(jié)構(gòu)形貌的可調(diào)控、放大過程中質(zhì)量控制以及廢水的循環(huán)利用等多個(gè)技術(shù)難題，推動(dòng)了碳納米管與聚苯胺的工業(yè)應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了工業(yè)和生產(chǎn)。研發(fā)得到的新型復(fù)合材料拓展了應(yīng)用領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)也填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。

近日，在第四屆全國大學(xué)生高分子材料創(chuàng)新大賽上，該研發(fā)從369件參賽作品中脫穎而出獲得了二等獎(jiǎng)。“未來1~3年內(nèi)，我們會(huì)將這項(xiàng)技術(shù)專業(yè)化生產(chǎn)，并投入到市場(chǎng)。” 朱愛萍教授說。