CN104845456B - 一种绿色环保的金属防腐涂料及其制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绿色环保的金属防腐涂料及其制备方法及用途。金属防腐涂料中包含由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。该金属防腐涂料的制备方法包括以下步骤：将罗伊氏乳杆菌培养液置于加盖离心管内，经过多次离心所得上清液即为胞外提取液；胞外提取液经过微孔滤膜过滤，去除细菌细胞；去除细菌细胞的胞外提取液采用透析膜在4℃条件下透析24h，所得液体为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。上述罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物可用作金属防腐涂料。由于罗伊氏乳杆菌的胞外聚合物主要为多糖和蛋白质，不含对人体有毒性物质，因此，本发明绿色环保的金属防腐涂料的生产环节、储存环节至使用环节均为绿色环保，对人体无害。
Description
技术领域
本发明属于金属防腐蚀技术领域，特别是涉及一种绿色环保的金属防腐涂料，该绿色环保的金属防腐涂料的制备方法，以及该防腐涂料的用途。
背景技术
金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。
在人们的生产生活当中金属材料使用广泛而且容易发生腐蚀，在众多材料由于腐蚀而带来的损失中，金属材料腐蚀尤其是钢铁的腐蚀给人们带来的损失最为常见和严重。据估计，世界钢铁生产总量的大约 25％都被消耗于腐蚀，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为7 000～10 000亿美元，约是地震、水灾、台风等自然灾害造成经济损失总和的6倍。美国、日本、加拿大等国公布的报告显示，每年因腐蚀所造成的直接经济损失约占GDP的1%～4%，腐蚀生锈的钢铁约占钢铁年产量的20%。而在我国，每年由于腐蚀造成的损失约8 000亿元，占GDP的3%左右。因此，防腐蚀研究已越来越受到包括我国在内的全球各国的重视。
随着金属腐蚀与防护研究工作的深入开展和快速发展，各种各样的防腐蚀方法应运而生并得到了广泛的推广应用，为减少由于金属腐蚀而带来的损失起着非常重要的作用。在众多的金属防腐蚀方法中，防腐蚀涂料是最为常用和方便有效的方法。然而，传统的涂料产品中有机溶剂的含量在40%以上，这些挥发性有机物（Volatile OrganicCompounds,VOC）在施工之后挥发至大气中，造成大气污染，严重影响环境安全和人类健康。有报道由于涂料的使用而向大气中挥发的碳氢化合物仅次于汽车尾气排放的碳氢化合物，涂料使用中向大气中挥发的有毒碳氢化合物占大气中碳氢化合物总量的20%。目前，我国金属防腐蚀涂料孕育着巨大的市场，主要集中在化工、石化、公路、铁路、桥梁、冶金、能源、汽车、船舶、集装箱等行业。在环境保护和石油资源枯竭成为人们普遍关注焦点的背景下，传统的溶剂型涂料越来越不受人们的欢迎，金属防腐蚀涂料发展正朝着无污染、无公害、节省能源、经济高效等“环境友好”型涂料的方向发展。
据不完全统计，我国现有防腐蚀涂料品种多达1000余种，但是每种涂料都有一定的弊端和不足。对于水性环氧树脂防腐涂料，需要解决其表干时间长、固化不充分、易腐蚀金属等问题；对于无溶剂环氧树脂防腐涂料则需要解决其黏度大，施工适用期和表干时间的矛盾问题；对于高固分环氧树脂防腐涂料，虽然其固分含量高，但是仍然存在一些溶剂，对环境仍然存在一定的危害。
对于未来防腐涂料的要求，不仅要满足高性能、高效率、低能耗、低污染的条件，还应该尽量避免“一品多用”的现象，生产满足市场需要的专用产品系列。由于环境的不同，对涂料的要求必然不相同，必须推动特种环保涂料的快速发展，生产多样化的产品以满足不同需要。
发明内容
本发明提供一种绿色环保的金属防腐涂料，所要解决的技术问题是现有涂料含有毒性挥发物质，从生产、储存至使用环节，均对人体有害。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种绿色环保的金属防腐涂料，所述金属防腐涂料中包含由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。
本发明如上所述的绿色环保的金属防腐涂料，进一步，还包含颜料，所述颜料选自氧化铁红、氧化铁黑、三聚磷酸铝、三聚磷酸锌中的一种或多种。
本发明还提供一种绿色环保的金属防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将罗伊氏乳杆菌培养液置于加盖离心管内，4℃下4000g离心15min后弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以洗涤菌株，于4℃下4000g离心15min，弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以浓缩菌液；
步骤2，向浓缩菌液中加入1mol/L NaOH溶液，4℃下静置3h，然后经4℃下20000g离心20min，所得上清液即为胞外提取液；
步骤3，胞外提取液经过微孔滤膜过滤，去除细菌细胞；
步骤4，去除细菌细胞的胞外提取液采用透析膜在4℃条件下透析24h，去除小分子物质，所得液体为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。
本发明如上所述的绿色环保的金属防腐涂料的制备方法，进一步，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。
本发明如上所述的绿色环保的金属防腐涂料的制备方法，进一步，所述透析膜为3500Dalton的透析膜。
本发明还提供罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途。
本发明如上所述的罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途，进一步，室温条件下，将金属在罗伊氏乳杆菌培养液提取的胞外聚合物中浸涂12～36小时，自然干燥12～36小时。
本发明如上所述的罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途，进一步，所述浸涂的时间为24小时，自然干燥的时间为24小时。
本发明的有益效果是：
罗伊氏乳杆菌是目前已报道的几乎可存在于所有脊椎动物和哺乳动物肠道内的乳酸杆菌,是具有益生功效的肠道益生菌。罗伊氏乳杆菌性状呈轻微不规则、圆形末端的弯曲杆菌。罗伊氏乳杆菌属转性异型发酵菌种，能发酵糖产生CO2、乳酸、乙酸和乙醇。罗伊氏乳杆菌的胞外聚合物主要为多糖和蛋白质，不含对人体有毒性物质，因此，本发明绿色环保的金属防腐涂料的生产环节、储存环节至使用环节均为绿色环保，对人体无害。
附图说明
图1为模拟输水管道环形反应器示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、有机玻璃圆筒，2、有机玻璃制成的试片安置框架，3、转轴及搅拌叶片，4、进液管，5、出液管，6、控制系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供一种绿色环保的金属防腐涂料，所述金属防腐涂料中包含由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。
为了使金属在涂覆绿色环保的金属防腐涂料后具有使用者所需的外观颜色，对上述绿色环保金属防腐涂料进一步改进，所述金属防腐涂料中包含由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物，此外还包含颜料，所述颜料选自氧化铁红、氧化铁黑、三聚磷酸铝、三聚磷酸锌中的一种或多种。
本发明绿色环保的金属防腐涂料中罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物的方法如下：
步骤1，将罗伊氏乳杆菌培养液置于加盖离心管内，4℃下4000g离心15min后弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以洗涤菌株，于4℃下4000g离心15min，弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以浓缩菌液；
步骤2，向浓缩菌液中加入1mol/L NaOH溶液，4℃下静置3h，然后经4℃下20000g离心20min，所得上清液即为胞外提取液；
步骤3，胞外提取液经过微孔滤膜过滤，去除细菌细胞；在更优选的实施例中所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。
步骤4，去除细菌细胞的胞外提取液采用透析膜在4℃条件下透析24h，去除小分子物质，所得液体为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。在更优选的实施例中所述透析膜为3500Dalton的透析膜。
罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途。室温条件下，将金属在罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物中浸涂12～36小时，自然干燥12～36小时。在更优选的实施例中，所述浸涂的时间为24小时，自然干燥的时间为24小时。
本发明以下实施例的罗伊氏乳杆菌，Lactobacillus reuteri获取自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（China General Microbiological CultureCollection Center）菌种编号：1.2838。
本发明以下实施例采用NaOH法提取罗伊氏乳杆菌培养液中的胞外聚合物。取20ml的菌株培养液，置于50ml的加盖离心管内，4℃下4000g离心15min，弃去上清液，再加入20ml的重量百分比浓度为0.9%的NaCl以洗涤菌株，重复上述离心过程，弃去上清液，再加入5mL的重量百分比浓度为0.9%的NaCl，以浓缩菌液。向浓缩菌液中加入1ml 1mol/L NaOH溶液，4℃下静置3h，然后经4℃下20000g离心20min，所得上清液即为胞外提取液。接着该胞外提取液先经过0.22μm微孔滤膜过滤，去除细菌细胞，再采用3500Dalton的透析膜在4℃条件下透析24h，去除小分子物质，所得液体即为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物。所述胞外聚合物中多糖含量：2.07mg/mL；胞外聚合物中蛋白质含量：1.30mg/mL。
本发明以下实施例中试片的涂料涂覆方式为，室温下试片在按照上述方法提取的胞外聚合物中浸涂24小时，室温下自然干燥24小时。
应用实施例1
采用国家（Ⅰ）20#碳钢试片，尺寸为5cm×2.5cm×0.2cm，密度为7.86 g/cm3，表面积为28cm2，20#碳钢材料化学成分主要成分见下表1（熔炼分析）。
表1
采用2套自制的模拟输水管道环形反应器，容积为4L。如图1所示，模拟输水管道环形反应器外部为有机玻璃圆筒1，有机玻璃圆筒顶部连接进液管4、出液管5；内部转轴及搅拌叶片3由不锈钢制成，通过搅拌叶片旋转模拟水流流动，反应器内设有上下两层用有机玻璃制成的试片安置框架2，可根据需要放置一定数量的实验试片。实验过程中，试片位于安置框架上，相对静止，搅拌叶片在电机的驱动下使水发生流动，水流和试片之间产生剪切力，模拟实际管网中的水力条件。控制系统6可根据需要控制和调节反应器中转轴的转速、溶解氧浓度、水温、pH值、进水、出水等。
分别在2套反应器内放置浸涂涂涂料的碳钢试片和未浸涂涂料的碳钢试片后，添加拉森指数为1.93的腐蚀性水溶液，腐蚀性配水方案如表2所示。
表2
实验过程中，设置水温为30℃；通过蠕动泵控制进出水量，应器内的水每24小时更新一次，连续运行15天。
15天后，取出试片，进行腐蚀失重测试，并计算腐蚀速率。测试仪器为METTLERTOLEDO的AL104电子天平，实际分度值0.0001g，检定分度值0.001g。根据《金属和合金的腐蚀 金属和合金在表层海水中暴露和评定的导则》（GB/T 5776-2005）计算平均腐蚀速率，公式如下：
平均腐蚀速率（mm/a）=（K×W）/（A×T×D）;式中：
K=3.65×103；
W—试片腐蚀失重，g；
T—试验时间，d；
A—试片表面积，cm2；
D—材料密度，g/cm3。
测试结果：浸涂本发明上述涂料后，碳钢试样在腐蚀性配水环境下腐蚀15天，碳钢试样的腐蚀失重减少了25.59%。平均腐蚀速率降低了25.61%。
应用实施例2
进行表面粗糙度测试。测试仪器为原子力显微镜MultiMode 8。在同一试片样品上随机选取4个区域a、b、 c、d ,对所选区域扫描，得到样片表面形貌，通过分析软件得到材料表面粗糙度值。
碳钢试样表面粗糙度对比表
相对于原碳钢试样，经过胞外聚合物浸泡过的碳钢试样表面Ra值降低72.59%，Rq值降低71.61%，Z值减少67.47%。
应用实施例3
进行孔隙深度测试。测试仪器为原子力显微镜MultiMode 8。在同一试片样品上随机选取3个区域a、b、 c ,对所选区域进行扫描，得到样片表面形貌，通过分析软件对样品表面深度进行分析。
碳钢试样表面孔隙深度对比表
与原碳钢试样相比，经过胞外聚合物浸泡后的碳钢试样表面孔隙深度降低了74.51%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种绿色环保的金属防腐涂料，其特征在于，所述金属防腐涂料为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物，所述罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）获取自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种编号：1.2838；
所述绿色环保的金属防腐涂料通过以下步骤制备：
步骤1，将罗伊氏乳杆菌培养液置于加盖离心管内，4℃下4000g离心15min后弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以洗涤菌株，于4℃下4000g离心15min，弃去上清液；再向离心管内加入重量百分比浓度为0.9%的NaCl以浓缩菌液；
步骤2，向浓缩菌液中加入1mol/L NaOH溶液，4℃下静置3h，然后经4℃下20000g离心20min，所得上清液即为胞外提取液；
步骤3，胞外提取液经过微孔滤膜过滤，去除细菌细胞；
步骤4，去除细菌细胞的胞外提取液采用透析膜在4℃条件下透析24h，去除小分子物质，所得液体为由罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物；其中，所述透析膜为3500Dalton的透析膜。
2.根据权利要求1所述的绿色环保的金属防腐涂料，其特征在于，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。
3.罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途，其特征在于，室温条件下，将金属在罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物中浸涂12～36小时，自然干燥12～36小时。
4.根据权利要求3所述的罗伊氏乳杆菌培养液中提取的胞外聚合物作为金属防腐涂料的用途，其特征在于，所述浸涂的时间为24小时，自然干燥的时间为24小时。
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