CN110157296B - 一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和应用，耐腐蚀涂料包括以下组分：类石墨相氮化碳、环氧树脂、溶剂和固化剂；其中，类石墨相氮化碳与环氧树脂的重量比为：0.5‑5:100；所述环氧树脂的类型为缩水甘油醚类环氧树脂。本发明克服了纯环氧树脂涂料在海洋环境中耐腐蚀性、耐久性差的缺陷，类石墨相氮化碳具有大的比表面积，能够有效地阻碍腐蚀介质进入涂料，使得涂料渗透路径更加曲折，与纯环氧树脂涂料相比，复合涂料的腐蚀速率降低了2‑3个数量级；并且，涂料与基体间的附着力也明显提高，从3B级别提高到5B级别。在极大提高金属基体耐腐蚀性的同时还有效提高了环氧树脂与金属基体表面的附着力。

Description

一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和应用，属于防腐涂料技术领域。
背景技术
随着海洋资源开发范围的不断扩大，越来越多的金属和合金被应用于海洋环境。但是，因为海洋环境中大量的腐蚀物质的存在(尤其是Cl-)，金属和合金不可避免的出现腐蚀破坏。在达到一定使用期限后，金属和合金的耐久性、力学性能的下降会影响海洋船舶和建筑的安全使用。因此，采取合适的防护技术，防止和减缓材料发生腐蚀具有重要的意义，最常见的方法是采用环氧树脂涂料或者金属镀层覆盖在材料表面，形成保护性的覆盖层，避免腐蚀介质与基体的直接接触，从而可以有效的达到保护基体的目的。
环氧树脂分子中存在着大量的极性和活性基团，能够与不同种类的固化剂发生交联固化。作为一种热固化树脂，环氧树脂具有良好的电绝缘性、物理性能、耐热性、耐碱性、较好的粘性、优良的稳定性、成本低廉等优点，成为聚合物材料中使用最为普遍的基本树脂之一，已经被广泛应用于各个领域。然而，纯环氧树脂粘度大、固化后呈三维网络结构，导致其存在很多间隙，会影响其耐腐蚀性能和附着力，因此需要通过不同的方法来提高其耐腐蚀性能，使改性之后环氧树脂能应用于更加严酷的腐蚀磨损环境中。使用纳米材料填充改性环氧树脂涂料，可以有效地加强其综合性能，涂料中小尺寸纳米材料的存在，有利于涂料中应力的传递。目前，主要采用非金属或者金属氧化物、金属和非金属等纳米材料改性环氧树脂以增强其综合性能。
氮化碳（C3N4）是一种聚合物半导体，具有比表面积大、密度低、化学稳定性高、耐磨性强等优点，在高性能耐磨材料涂料、膜材料等领域具有广阔的应用前景。然而目前用类石墨相氮化碳作为填料的研究很少，经实验发现，用类石墨相氮化碳作为填料可以有效提高纯环氧树脂涂料的耐腐蚀性和附着力。
发明内容
本发明旨在提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法和应用，克服了现有技术中纯环氧树脂涂料在海洋环境中耐腐蚀性、耐久性差的缺陷和环氧树脂固化过程中存在微孔的缺陷，并且有效地提高了环氧树脂与金属基体表面的附着力。
本发明以氮化碳（C3N4）为原料，C3N4经过剥离工艺形成类石墨相氮化碳，是一种片层结构，类石墨相氮化碳纳米片具有比表面积大、密度低、化学稳定性高、耐磨性强等优点，在高性能耐磨材料涂料、膜材料等领域具有广阔前景。将其作为填料添加到环氧树脂涂料中会起到非常好的耐腐蚀效果，相比于当下其他环氧树脂纳米填料的研究，类石墨相氮化碳具有成本低、工艺简单、化学稳定性高、在环氧基体中分散性好等优点，能使基材达到优异的耐腐蚀性能。
本发明提供了一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料，包括以下组分：类石墨相氮化碳、环氧树脂、溶剂（正丁醇和二甲苯）和固化剂（乙二胺）；其中，类石墨相氮化碳与环氧树脂的重量比为：0.5-5:100。
所述环氧树脂的类型为缩水甘油醚类环氧树脂。
本发明提供了上述类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）体相氮化碳bulk g-C3N4的制备：
首先以三聚氰胺为碳源和氮源，置于马弗炉中加热和保温，制备体相氮化碳粒子；
（2）类石墨相氮化碳g-C3N4的制备：
将步骤（1）所制备的体相氮化碳bulk g-C3N4加入到浓硫酸中，磁力搅拌，离心洗涤至中性，然后加入乙醇与水的混合液，探头超声后离心去除未剥离的g-C3N4，上层悬浮液干燥去除溶剂，冷冻干燥后收集，得到类石墨相氮化碳；
（3）类石墨相氮化碳g-C3N4/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备：
将步骤（2）所制备的类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子分散于丙酮中，超声分散，再将环氧树脂和溶剂（正丁醇和二甲苯）依次加入到分散液中，继续超声分散，获得均匀一致的混合液，将此混合液设为A料，然后A料搅拌加热去除多余的丙酮，再将B料（固化剂溶液）加入上述混合物中搅拌10-30min；在室温下放入真空干燥箱处理10-20min，去除混合物中的气泡；得到类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料。
上述的制备方法，步骤（1）体相氮化碳的制备中，马弗炉的升温速率为5-10 ℃/min，升温到520℃，保温2-4h，得到的黄色粉末即为体相氮化碳。
上述的制备方法，步骤（2）类石墨相氮化碳g-C3N4的制备中，其中体相氮化碳、浓硫酸、乙醇与水的混合液的重量比为（1-3）：（18-36）：（200-250），将所制备的体相氮化碳加入到浓硫酸中，磁力搅拌2h-3h后，离心洗涤至中性，然后加入乙醇与水的混合液，探头超声8-12h后离心（1500-2000r/min）去除未剥离的g-C3N4，上层悬浮液干燥去除溶剂，零下20℃下冷冻干燥12-18h后收集，制得的淡黄色粉末即为类石墨相氮化碳g-C3N4纳米片；
上述乙醇与水的混合液中，二者的体积比为1：1。
上述的制备方法，步骤（3）类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备中，其中类石墨相氮化碳、丙酮、环氧树脂、溶剂和固化剂的重量比为（0.5-5）：（200-400）：100：（100-200）：（6-20），将步骤（2）所制备的类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子分散于丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将环氧树脂和溶剂加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，将此混合液设为A料。然后将A料搅拌加热去除多余的丙酮，再将B料（固化剂溶液）加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡，得到类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料。
上述的制备方法，步骤（2）和（3）中超声条件为，探头超声功率是200-500W，超声设置为单次运行2-4s，运行间歇1-3s；所述搅拌均在室温下进行，控制搅拌速率为400-600 r/min。
上述的制备方法，步骤（3）类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备中，降低粘度的溶剂为正丁醇和二甲苯的混合液，二者的重量比为3：7。
本发明提供了上述类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的应用，采用刮涂法将所得类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料涂敷于金属基体表面，涂料厚度为50±5μm；制备的环氧复合涂料在室温下固化2-4天，获得类石墨相氮化碳/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
上述应用中，所述金属基体包括低碳钢、不锈钢、镁合金、铝合金或铸铁材料。
上述应用中，本发明制备的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料，涂于金属基体表面后获得的腐蚀电位为-1.3~0.1V，腐蚀电流为1.2×10-9~1.2×10-6 A·cm−2，腐蚀速率为1.5×10-5~1.5×10-2 mm/a ，耐腐蚀性能得到明显提升；涂敷在低碳钢表面上之后腐蚀电位提高了0.15~0.25V，并且达到-0.5~-0.4V，腐蚀电流降低2~3个数量级，腐蚀速率降低2~3个数量级；涂敷在镁合金表面上之后腐蚀电位提高了0.15~0.3V，并且达到-1.2~-0.9V，腐蚀电流降低2~3个数量级，腐蚀速率降低2~3个数量级；涂敷在不锈钢表面之后腐蚀电位提高了0.15~0.25V，并且达到-0.4~-0.3V，腐蚀电流降低2~3个数量级，腐蚀速率降低2个数量级。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料制备方法，简单、快速，没有添加有毒物质，填料分散性良好；
（2）类石墨相氮化碳（g-C3N4）具有大的比表面积，能有效地阻碍腐蚀介质进入涂料，使得涂料渗透路径更加曲折，与纯环氧树脂涂料相比，复合涂料在腐蚀速率上降低了2-3个数量级，涂料保护速率得到了明显提升。
（3）涂料与基体间的附着力也明显提高，从3B级别提高到5B级别。这主要是由于片层类石墨相氮化碳（g-C3N4）的存在能够有效地增加腐蚀介质的扩散路径、提高涂料基体间地物理化学作用，并且有效地填补了环氧树脂涂料中的微孔。
附图说明
图1是实施例1所制备的类石墨相氮化碳纳米粒子的透射电镜图；
图2是对比例和实施例中所制备的类石墨相氮化碳/环氧树脂涂料的电化学谱图。A代表对比例1的极化曲线；B代表实施例4的极化曲线；
图3是实施例4所得类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料与低碳钢表面粘附力的测试。对本实施例所得类石墨相氮化碳/环氧树脂涂料进行附着力测试，参考标准ASTMD3359-09采用3M胶带粘结力测试法，测试了涂料与基体之间的粘附力，结果见图3所示。图3中(a)是对比例2的照片，（b）是实施例4的照片。从图中可以看出实施例4切口的边缘都十分光滑，没有一个方格脱落，因此该涂料的附着力可以达到5B级别。而对比例2，切口处有部分脱落，纯环氧树脂涂料不能很好附着在Q235金属基体表面，这说明类石墨相氮化碳/环氧树脂涂料可以很好的提高纯环氧树脂涂料的附着力。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1 (1 wt.%g-C3N4/EP)
一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：首先制备体相氮化碳，之后制备类石墨相氮化碳，并将所制备的类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子分散于丙酮中，超声分散，再将环氧树脂和溶剂（正丁醇和二甲苯）依次加入到分散液中，继续超声分散，获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮，再将固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；在室温下放入真空干燥箱处理10-20min，去除混合物中的气泡；得到类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于金属基体表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化2-4天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。具体步骤如下：
将10g三聚氰胺放入氧化铝陶瓷坩埚内，加盖后放入马弗炉中，升温至520℃后保温3h，待自然冷却后研磨过筛，收集得到的黄色粉末即为体相氮化碳（bulk g-C3N4）。
将1g制得的体相氮化碳加入18g浓H2SO4，磁力搅拌2h后，离心洗涤至中性，然后加入200-250g乙醇与水的混合液（体积比为1：1），探头超声机（功率300W）设置为单次运行超声3s，间歇2s，超声搅拌10h后2000r/min离心去除未剥离的g-C3N4，上层悬浮液干燥去除溶剂，零下20℃下冷冻干燥12-18h，制得的淡黄色粉末即为类石墨相氮化碳（g-C3N4）纳米片。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取10mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于低碳钢（Q235）表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
对所制备的类石墨相氮化碳纳米粒子进行透射电镜分析，具体结果如图1，从图1中可以看出类石墨相氮化碳纳米片呈现出薄的片层结构。
实施例2 (1.5 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂的制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取15mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于低碳钢（Q235）表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
实施例3 (2 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取20mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g份环氧树脂和1g份溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于低碳钢（Q235）表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
实施例4 (2.5 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取25mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于低碳钢（Q235）表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
对所制备的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料进行电化学极化曲线测试分析，具体结果如图2，从图2中可以看出在Q235钢表面涂敷类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料后，与金属基体试样相比腐蚀电流明显左移，且降低了2-3个数量级，腐蚀电位明显上移，这说明类石墨相氮化碳/环氧树脂涂料的耐腐蚀性相比金属基体极大提高。
实施例5 (3 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取30mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于低碳钢（Q235）表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
实施例6 (3 wt.%g-C3N4/EP)
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取10mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于铸铁表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
对所制备的类石墨相氮化碳纳米粒子进行透射电镜分析，具体结果如图1，从图1中可以看出类石墨相氮化碳纳米片呈现出薄的片层结构。
实施例7 (1.5 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂的制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取15mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于铝合金表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
实施例8 (2 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取20mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g份环氧树脂和1g份溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于镁合金表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
实施例9 (2.5 wt.%g-C3N4/EP)
本实施例提供一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料及其制备方法，具体步骤如下：
体相氮化碳的制备和类石墨相氮化碳的制备工艺均与实施例1相同。
类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子取30mg分散于4g丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将1g环氧树脂和1g溶剂（正丁醇和二甲苯）加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，然后混合液搅拌加热去除多余的丙酮；再将6mg固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合物涂敷于不锈钢表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧复合涂料在室温下固化3天，获得类石墨相氮化碳（g-C3N4）/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
对比例1 （Q235）
本例提供一种未涂敷的低碳钢Q235（20mm*10mm*2mm），具体步骤如下：
将尺寸为20mm*10mm*2mm的Q235钢片经过180目、400目、800目和1200目的砂纸打磨至光滑，随后进行表面处理，先置于乙醇溶液中超声20min，再置于丙酮溶液中超声20min，然后真空干燥24h，将Q235钢片封装待测试。
对比例2 （EP）
本例提供一种纯环氧树脂涂料的制备方法，具体步骤如下：
将1g环氧树脂预热后加入0.3g正丁醇和0.7g二甲苯混合，磁力搅拌40min来降低粘度，再将60mg固化剂溶液加入上述混合液中搅拌，在室温下放入真空干燥箱处理10min，来去除混合液中的气泡。最后，采用刮涂法将处理好的混合液涂敷于金属基体表面，涂料厚度为50±5μm。制备的环氧树脂涂料在室温下固化3天，制得纯环氧树脂涂料。
性能测试
防腐涂料性能测试
先将低碳钢Q235钢片（20mm*10mm*2mm）进行表面处理（乙醇中浸泡20min，丙酮中浸泡20min），再将上述涂料涂敷固化后，将其作为工作电极，然后金属铂电极作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极，浸没在溶质质量分数3.5%的NaCl水溶液中，使用CS350H电化学工作站测试其极化曲线。
表1对比涂敷本发明的复合材料与未涂敷的低碳钢的电化学极化曲线拟合表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中，I corr表示涂料的腐蚀电流，腐蚀电流数值大小反应了腐蚀速率的快慢；E corr表示涂料的腐蚀电位，腐蚀电位数值大小反应了涂料的热力学状态，一般而言涂料的腐蚀电位越高，涂料的耐腐蚀性越好；V corr表示涂料的腐蚀速率，腐蚀速率越小，涂料的耐腐蚀性越好。由表1可见，本发明制备的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料具有优异的耐腐蚀性能，并且实施例1~5的腐蚀速率相比较对比例1和2降低了2-3个数量级，腐蚀电流相比较对比例1和2也降低了2-3个数量级，同时腐蚀电位明显提高，这说明类石墨相氮化碳/环氧树脂涂料的耐腐蚀性能异。

Claims (9)

1.一种类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料包括以下组分：类石墨相氮化碳、环氧树脂、溶剂和固化剂；其中，类石墨相氮化碳与环氧树脂的重量比为：0.5-5:100；所述环氧树脂的类型为缩水甘油醚类环氧树脂；所述溶剂为正丁醇和二甲苯的混合液，且重量比为3：7；所述固化剂为乙二胺；
所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）体相氮化碳bulk g-C3N4的制备：
首先以三聚氰胺为碳源和氮源，置于马弗炉中加热和保温，制备体相氮化碳粒子；
（2）类石墨相氮化碳g-C3N4的制备：
将步骤（1）所制备的体相氮化碳bulk g-C3N4加入到浓硫酸中，磁力搅拌，离心洗涤至中性，然后加入乙醇与水的混合液，探头超声后离心去除未剥离的g-C3N4，上层悬浮液干燥去除溶剂，冷冻干燥后收集，得到类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子；
（3）类石墨相氮化碳g-C3N4/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备：
将步骤（2）所制备的类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子分散于丙酮中，超声分散，再将环氧树脂和溶剂依次加入到分散液中，继续超声分散，获得均匀一致的混合液，将此混合液设为A料；然后将A料搅拌加热去除多余的丙酮，再将B料固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min，在室温下放入真空干燥箱处理10-20min，去除混合物中的气泡，得到类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料。
2.根据权利要求1所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）体相氮化碳的制备中，马弗炉的升温速率为5-10 ℃/min，升温到520℃，保温2-4h，得到的黄色粉末即为体相氮化碳。
3.根据权利要求1所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）类石墨相氮化碳g-C3N4的制备中，其中体相氮化碳、浓硫酸、乙醇与水的混合液的重量比为（1-3）：（18-36）：（200-250），将所制备的体相氮化碳加入到浓硫酸中，磁力搅拌2h-3h后，离心洗涤至中性，然后加入乙醇与水的混合液，探头超声8-12h后1500-2000r/min离心去除未剥离的g-C3N4，上层悬浮液干燥去除溶剂，零下20℃下冷冻干燥干燥12-18h后收集，得到的淡黄色粉末即为类石墨相氮化碳g-C3N4纳米片；
所述乙醇与水的混合液中，二者的体积比为1：1。
4.根据权利要求1所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（3）类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备中，其中类石墨相氮化碳、丙酮、环氧树脂、溶剂和固化剂的重量比为（0.5-5）：（200-400）：100：（100-200）：（6-20），将步骤（2）所制备的类石墨相氮化碳g-C3N4纳米粒子分散于丙酮中超声分散20-30min，获得分散液，再将环氧树脂和溶剂加入到分散液中，超声分散30-60min获得均匀一致的混合液，将此混合液设为A料；然后将A料搅拌加热去除多余的丙酮，再将B料固化剂溶液加入上述混合物中搅拌10-30min；放入真空干燥箱在室温下处理10-15min，去除混合物中的气泡。
5.根据权利要求1所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（3）中超声条件为，探头超声功率是200-500W，超声设置为单次运行2-4s，运行间歇1-3s；
所述搅拌均在室温下进行，控制搅拌速率为400-600 r/min。
6.根据权利要求1所述的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（3）类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的制备中，降低粘度的溶剂为正丁醇和二甲苯的混合液，二者的重量比为3：7。
7.一种权利要求1所述的制备方法制得的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料的应用，其特征在于：采用刮涂法将所得类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料涂敷于金属基体表面，涂料厚度为50±5μm；制备的环氧复合涂料在室温下固化2-4天，获得类石墨相氮化碳/环氧树脂复合耐腐蚀涂料。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述金属基体包括低碳钢、不锈钢、镁合金、铝合金或铸铁材料。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：制备的类石墨相氮化碳/环氧树脂耐腐蚀涂料，涂于金属基体表面后获得的腐蚀电位为-1.3~0.1V，腐蚀电流为1.2×10-9~1.2×10-6A·cm−2，腐蚀速率为1.5×10-5~1.5×10-2 mm/a ，耐腐蚀性能得到明显提升；
涂敷在低碳钢表面上腐蚀电位提高了0.15~0.25V，腐蚀电流降低2~3个数量级，腐蚀速率降低2~3个数量级；涂敷在镁合金表面上腐蚀电位提高了0.15~0.3V，腐蚀电流降低2-3个数量级，腐蚀速率降低2~3个数量级；涂敷在不锈钢表面腐蚀电位提高了0.15-0.25V，腐蚀电流降低2~3个数量级，腐蚀速率降低2个数量级。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110606475A (zh) * 2019-09-02 2019-12-24 阜阳师范大学 一种石墨相氮化碳的制备及其在水性丙烯酸涂料中的应用
CN110423542B (zh) * 2019-09-11 2020-07-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种防腐涂料及其制备方法与应用
CN111138950A (zh) * 2020-01-16 2020-05-12 沈阳顺风新材料有限公司 一种光响应自清洁涂料及其制备方法
CN111635662A (zh) * 2020-07-06 2020-09-08 北京盈和瑞环境科技股份有限公司 一种氮化碳修饰的有机粉末涂料及其制备方法和应用
CN113621308A (zh) * 2021-09-02 2021-11-09 青岛信拓海昌工程技术有限公司 一种防水阻燃隔热保温涂料及其制备方法
CN113667380B (zh) * 2021-09-09 2022-08-19 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种光催化防锈的水性带锈防腐涂料及其制备方法
CN114479572A (zh) * 2021-12-30 2022-05-13 广东美涂士建材股份有限公司 一种耐磨涂料及其制备方法
CN114426793A (zh) * 2021-12-30 2022-05-03 广东美涂士建材股份有限公司 一种防腐工业涂料及其制备方法
CN115636984A (zh) * 2022-10-31 2023-01-24 嘉兴学院 氧化氮化碳纳米片在强韧耐热环氧树脂复合材料上的应用
CN116948449B (zh) * 2023-07-28 2024-04-02 浙江大学 一种钕铁硼磁体专用复合溶胶的制备方法
CN117757335A (zh) * 2023-12-27 2024-03-26 大同市秦鼎化工产品有限公司 一种防腐保温涂料及其制备方法和应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108624195B (zh) * 2018-06-07 2020-11-06 西南石油大学 一种g-C3N4-G/水性环氧复合涂料的制备方法
CN109337291B (zh) * 2018-09-26 2020-11-20 北京化工大学 一种表面改性石墨烯-氮化碳-环氧树脂的热界面材料及其制备方法

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