Page 51 - 2025年7月防腐蚀专辑

：低聚倍半硅氧烷在钢铁防腐环氧涂层中的应用

环氧涂层可以有效延缓钢铁在腐蚀介质中的性 形顶点的 Si O 核心周围与环氧基发生相互作用。通
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能退化，具有效率高、性能好、操作方便等优点，受到 过适当的官能团取代一个或多个角点，可调控 POSS
了广泛关注。然而，环氧涂层存在裂纹、微孔等缺陷， 的溶解度、稳定性、相容性和亲水性 。因具有的良
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会导致腐蚀介质渗入，长期防护性能降低 。因此，提 好机械性能、热性能、亲水性、粒径可调性、高热稳定
[1]
高环氧涂层的密度是亟待解决的问题。借助纳米填 性和高理化稳定性以及大量的前驱体等特性，POSS
料填充环氧树脂中微孔，依靠固化基团与纳米粒子的 成为优良的环氧涂料纳米填料。POSS官能团能与环
协同作用，充分发挥环氧树脂的有利特性与纳米粒子 氧环相互作用，形成致密的交联网络结构，获得高致
的优 保护性能 ，可提高涂层的致密性及防腐性。 密性的环氧纳米涂料。POSS的无机核和有机壳的独
[2]
纳米填料粒子已经逐渐成为新型环氧涂层体系中的 特结构使其成为一种优 的添加剂，为设计具有多
重要组成部分。然而，普通的纳米粒子在环氧树脂中 种功能的POSS/环氧涂层提供了可能 。
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易聚集，导致界面出现缺陷。而具有有机/无机杂化的
独特纳米结构特征的 型倍半硅氧烷（POSS）正成为 2 POSS的引 方式及 用
优化环氧涂层性能的有效添加剂 ，它具有无机材料
[3]
POSS 引入到环氧防腐涂层的方式可分成 2 大
的耐化学性、高绝缘性 和有机聚合物的延展性、加工
[4]
类：第一类，以 POSS 为主体结构的方式引入，主要包
性等性能，借助有机、无机性能的协同，可以在一定程
括将 POSS 主体结构简单而直接引入到环氧涂层体
度上保持环氧树脂的原始特性 ，且可通过改变官能
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系 [10-15] ，以及采用不同的基团修饰 POSS 主体结构后
团调整结构以达到预期性能。以POSS作为环氧防腐
再引入到环氧涂层体系 [16-19] 。第二类，以 POSS 修饰
涂料的添加剂受到了越来越多研究者的重视。本文
其他主体结构的方式引入，主要指 POSS 修饰石墨
综述了 POSS 的分子结构及特征、引入环氧涂层的方
烯 [17，20-23] 、共价有机骨架材料（COF） 、 方氮化
[24]
式及对环氧涂层防腐性能的影响和防腐机理。
（h-BN） 、苯胺三聚体（AT） 、四苯胺（TA） 等物质
[26]
[25]
[25]
1 POSS的结 后引入到环氧涂层体系。
环氧涂层中 POSS 的作用主要取决于其分散状
POSS 是由硅/氧结构（RSiO1. 5）组成的 0-3D 态，它既可作为填料，也可作为交联组分 。POSS
[27]
n
型构造，R 可分为反应性或非反应性基团。非反应性 的尺寸与环氧链段结构相当，这使两者结合成为可
R 一般是氢或烷基。反应性 R 以烯基、羟基、环氧基 能，并在分子水平上提高环氧树脂的特定性能 。
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等为主，多出现在功能性 POSS 中，常用 X 替代。在 POSS 为高度对称的分子家 ，它们能够在三维空间
POSS 结构中，（SiO1. 5）为结构核心，与壳层相连，壳 与环氧树脂有效作用。POSS也可通过聚集或结晶形
n
层由位于中心以外的碳氢基团构成 ，调控壳层分子 成低对称超分子而构建独特的几何结构。尽管小尺
[6]
寸 POSS 可作为非活性组分分散在环氧树脂中，但它
的化学特性，可改变单体的化学活性，可实现 1~3 nm
的精准尺寸控制 。图 1 展示了 POSS 的分子结构及 们更强 的应用来自于与环氧体系的共聚合 。
[29]
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其固有特征。 POSS 与环氧树脂的相互作用涉及多功能 POSS 与环
氧树脂交联反应 ，单功能 POSS 和环氧树脂之间的
[30]

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共价键合 ，以及环氧树脂中惰性 POSS 的物理混

合 等。POSS 引入环氧涂层后，通过特定的作用方
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式有效提高涂层的防腐性能。本文根据上述POSS引
?
? 入到环氧涂层体系的 2 种主要方式总结和 析 POSS

对环氧涂层防腐性能的影响。
1
3 POSS对环氧涂层防腐性能的影响

图1 POSS的分子结构及特征
3. 1 POSS 主体结构的 方 对涂层
Fig. 1 Molecular structure and characteristics of POSS
POSS 被 8 个基团包围，并与硅顶点结合，从甲 防腐性能的影响
基、异丁基到环戊基和苯环等多种基团都可以在 POSS主体结构可以简单而直接地引入到环氧涂
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