开发新型聚合物复合材料作为 3D 打印 316L 不锈钢在 1 M 盐酸中的防腐保护涂层：制备、表征和综合方法

《Inorganic Chemistry Communications》：Development of innovative polymer composites as some anticorrosion protective coatings for 3D-printed 316L stainless steel in 1?M HCl: Elaboration, characterization and comprehensive approaches

　　

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  对制备的创新性复合材料采用XRD、FTIR、AFM和SEM/EDS技术进行了表征。
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  创新复合材料涂层OER/DABP/TiO₂的保护效率高于OER/DABP，PDP测量值分别为93.79% > 92.83%，EIS测量值分别为93.36% > 91.75%。
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  SEM和EDS分析表明，保护性复合材料通过化学吸附在316L不锈钢表面，能有效阻止Cl^?离子的侵蚀。
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  DFT计算、MC模拟和实验数据表明，OER/DABP和OER/DABP/TiO₂可作为316L不锈钢在1 M HCl溶液中潜在的保护涂层。

引言

316L不锈钢基体电极面积在化工、汽车、建筑、海事和家电制造等多个行业中占据重要地位，因其在日常生活中的多种用途而备受重视[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。盐酸、硫酸、磷酸等酸性物质广泛应用于许多工业领域[6]、[7]。因此，人们研究了多种化合物以保护金属材料免受不同酸引起的腐蚀[8]、[9]、[10]。在金属防护中最常用的化合物包括无机和有机抑制剂、表面活性剂、植物提取物、精油、涂料/涂层、环氧树脂、聚合物和复合保护涂层[7]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。保护涂层是目前用于最大限度降低酸性环境中316L不锈钢基体电极面积腐蚀溶解及腐蚀速率的最佳方法[16]、[17]、[18]、[19]。由于含有酯基、胺基、醇基、巯基、酰胺基、腈基、酸性基团、芳香环、杂环、不饱和π键、三键和自由电子等功能极性基团，环氧树脂和聚合物复合材料已被评估和研究用于保护316L不锈钢基体[20]、[21]、[22]、[23]。这些官能团可以在复合保护涂层与不锈钢基体之间形成氢键、范德华力和共价键[24]、[25]、[26]。含有氧、氮、硫和磷杂原子的聚合物复合材料已被研究作为在恶劣环境中优秀的防腐保护涂层[27]、[28]。为了保护3D打印的316L不锈钢在1 M HCl溶液中免受腐蚀，El Magri等人[20]开发了一系列（EPT-MDA、EPT-MDA-0.04和EPT-MDA-0.08）基于四缩水甘油甲基-β-D-吡喃糖苷（GlP）为基体、二氨基甲烷（MDA）为交联剂和玻璃为填料的聚合物复合保护涂层。制备的保护涂层表现出较高的保护效率，在298 K的1 M HCl溶液中最高达到89.5%（EPT-MDA）、92.73%（EPT-MDA-0.04）和93%（EPT-MDA-0.04）[20]。此外，El Magri等人[13]开发了基于2,4,6-三(4-(2-(4-(2-甲氧基环氧基)苯基)丙烷-2-基)苯氧基)-1,3,5-三嗪（EPT）为基体、二氨基甲烷（MDA）为交联剂的环氧复合材料来保护钢基体，电化学研究表明其保护效率高达93.24%[13]。EPT/MDA保护涂层的性能归功于其含有多个芳香环、杂环基团、多元醇、醚和胺功能结构。不饱和π键和杂原子（O和N）由于非键态电子向基体表面d轨道转移，通过氢键和配位键增强了保护涂层与钢表面之间形成的层[13]。Dagdag等人研究了用于NaCl介质中钢基体的TGEDA-MDA和HGEDAPT-MDA保护涂层，发现其保护效率分别为97%和98.5%[29]。

本研究的目的是开发基于八官能环氧树脂（OER）为基体、4,4'-二氨基联苯（DABP）为固化剂以及二氧化钛（TiO?）为填料的新型热固性聚合物复合保护涂层（OER/DABP和OER/DABP/TiO?）。采用实验方法（XRD、FTIR、AFM、SEM、EDS、PDP和EIS）和理论方法（DFT和MC模拟）对OER/DABP和OER/DABP/TiO?保护涂层进行了评估，以保护316L不锈钢表面免受1 M HCl环境中腐蚀。OER/DABP和OER/DABP/TiO?保护涂层含有多个芳香环、杂环基团、多元醇基团、醚、伯胺和仲胺以及醛功能结构，使其能够吸附在316L不锈钢上并降低酸性溶液中的腐蚀速率。此外，本研究还展示了二氧化钛作为填料在制备的保护涂层OER/DABP/TiO?中的影响。实验结果表明，聚合物复合涂层中TiO?的存在使其具有释放电子和向铁原子d轨道转移电子对的能力，从而表现出较高的保护效率。

章节摘要

环氧复合材料创新涂层的合成

采用八官能环氧树脂（OER）为聚合物基体[30]、二氨基联苯（DABP）为固化剂和二氧化钛（TiO?）为增强填料，制备了OER/DABP和OER/DABP/TiO?聚合物复合涂层，以研究在打印316L不锈钢表面形成三维结构保护涂层[31]。此外，DABP（98%）和TiO?（99%）购自Sigma Aldrich，未经进一步纯化即直接使用。TiO?以

保护复合材料的XRD和FTIR表征

采用XRD（图1）和FTIR（图2）技术研究了OER/DABP和OER/DABP/TiO?聚合物保护复合涂层的结构特征，分别实现了其特征衍射峰和振动带的鉴定。

通过XRD分析研究了制备的聚合物保护复合材料的结构特征。如图1所示，OER/DABP复合材料呈现非晶结构，表现为缺乏

结论

对OER/DABP和OER/DABP/TiO?聚合物保护复合涂层进行仔细分析，得出以下结论：

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  单独采用XRD、FTIR、AFM和SEM/EDS技术对OER/DABP和OER/DABP/TiO?复合材料进行了表征。
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  复合材料涂层OER/DABP/TiO?的保护效率高于OER/DABP，PDP测量值分别为93.79% > 92.83%，EIS测量值分别为93.36% > 91.75%。
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  PDP数据表明，OER/DABP和OER/DABP/TiO?保护复合涂层表现为混合型

CRediT作者贡献声明

Ali Barazzouq：撰写——初稿、形式分析、概念构思。Ilham Aichouch：撰写——审阅与编辑、形式分析、概念构思。Issam Saber：撰写——初稿、调查研究、形式分析、概念构思。Yassine Riadi：撰写——初稿、验证、软件、调查研究。Anouar El Magri：撰写——初稿、可视化、调查研究。Mohammed H. Geesi：撰写——审阅与编辑、可视化、调查研究。Manal A. Alossaimi：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢萨勒曼·本·阿卜杜勒阿齐兹王子大学通过项目编号（PSAU/2026/03/44705）为本研究提供资金支持。

Ali Barazzouq于2023年获得摩洛哥卡迪·阿伊亚德大学理工学院生产与自然物质增值及生物聚合物硕士学位。Ali Barazzouq目前是Chouaib Doukkali大学科学学院有机化学、生物有机与环境实验室的研究人员，专攻有机化学和催化。其研究重点是利用不同技术进行有机合成、催化和表征

Ali Barazzouq|Ilham Aichouch|Issam Saber|Yassine Riadi|Anouar El Magri|Mohammed H. Geesi|Manal A. Alossaimi|Fouad Benhiba|Ali Altharawi|Abdulaziz Alanazi|Abdulmalik A.S. Altamimi|Rachid Hsissou