CN113621300B - 一种纳米片复合涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米片复合涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米片复合涂料，属于涂料领域。本发明所述产品的原料组分中以漆酚作为改性剂，对二维纳米片进行锚定及协同剥离，使而二维纳米片得到有效分散，而改性后的纳米片可在涂料使用时起到很好地物理阻隔作用，大大延长了腐蚀性介质进入涂层内部的路径；此外漆酚中含有的烷基链结构也可为纳米片复合涂料产品提供疏水表面，使水分子难以轻易渗透；而漆酚中含有的邻苯二酚基团可有效钝化保护的金属及合金，使其表面形成致密的氧化膜，从而对金属基底起到有效防护。本发明还公开了所述纳米片复合涂料的制备方法及应用。

Description

一种纳米片复合涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体涉及一种纳米片复合涂料及其制备方法与应用。
背景技术
腐蚀现象在我们生活中随处可见，它是一种典型的电化学反应过程，当金属材料与腐蚀性介质(H2O、O2、Cl-、微生物等)接触时就会发生缓慢的化学反应，从而对金属材料产生了致命的威胁，由此也对各行各业造成巨大的经济损失，而由于金属腐蚀也出现过一系列重大安全事故：如因腐蚀造成过严重的桥梁垮塌、油气管道爆炸、核泄漏等重大安全事故，严重影响了人们的生命健康财产安全。因此开展金属腐蚀防护方面的研究，于国于民都是一件非常有意义的事情。
实际生产过程中，大多数金属及其合金经常受到腐蚀，这对实际的工业应用有严重的影响。目前已经采用许多方法来解决金属腐蚀这个问题：阴极保护法、缓蚀剂保护法、有机涂层保护法等等。其中，有机涂层由于其对金属基材有着较强的粘附力、耐化学腐蚀性能好、机械性能强等优点，是金属腐蚀防护最常用的方法，它是将金属表面与腐蚀环境隔开的物理屏障。然而传统的溶剂型和水性防腐涂料通常都含有大量的溶剂，因此涂层固化过程中由于溶剂挥发导致的涂层收缩、断裂和内部缺陷是不可避免的。这些固有问题会严重削弱涂层对腐蚀性介质的抵抗力，导致涂层寿命大大缩短。在此基础上，在有机涂层中加入石墨烯等纳米片能有效延缓腐蚀介质到达金属表面，从而实现高效防腐，但石墨烯等纳米片易于团聚，需要对其高效分散才能发挥充分效果，但目前仍缺少对应的高效分散技术。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米片复合涂料，该产品通过漆酚锚定纳米片的结构组成提高纳米片在有机溶剂和树脂中的高分散性，从而大大提高其防腐性能。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种纳米片复合涂料，包括以下重量份的原料：
0.02～0.03份二维纳米片、0.08～0.12份漆酚、2～3份有机溶剂、8～12份环氧树脂及6～10份固化剂；所述二维纳米片、漆酚及有机溶剂混合后经过超声处理形成纳米片分散液用于制备纳米片复合涂料。
本发明所述纳米片复合涂料的原料组分中以漆酚作为改性剂，对二维纳米片进行锚定及协同剥离，使而二维纳米片得到有效分散，而改性后的纳米片可在涂料使用时起到很好地物理阻隔作用，大大延长了腐蚀性介质进入涂层内部的路径；此外漆酚中含有的烷基链结构也可为纳米片复合涂料产品提供疏水表面，使水分子难以轻易渗透；而漆酚中含有的邻苯二酚基团可有效钝化保护的金属及合金，使其表面形成致密的氧化膜，从而对金属基底起到有效防护。
优选地，所述二维纳米片的尺寸为0.5～50μm；
更优选地，所述二维纳米片包括氮化硼、石墨烯、二硫化钨、二硫化钼、硼烯(二维硼)中的至少一种。
所述二维纳米片尺寸适中，性质稳定，当经过漆酚改性后可有效均匀分散在溶剂及树脂基体中，有效隔绝外来腐蚀介质。
优选地，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的至少一种；
更优选地，所述环氧树脂为双酚A型E44环氧树脂。
优选地，所述固化剂为胺类固化剂；
更优选地，所述胺类固化剂包括聚酰胺固化剂、腰果酚胺固化剂中的至少一种；
更优选地，所述固化剂为650聚酰胺固化剂。
优选地，所述有机溶剂为二甲苯。
本发明的另一目的还在于提供所述纳米片复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将二维纳米片、漆酚及二甲苯按配比混合后进行超声处理3.5～4.5h，得纳米分散液；
(2)在纳米分散液中加入环氧树脂并搅拌混合均匀，加入固化剂继续搅拌，随后进行脱泡处理12～18min，即得所述纳米片复合涂料。
本发明所述纳米片复合涂料的制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。
优选地，所述脱泡处理通过脱泡机进行，所述脱泡机的设定转速为1400～1600r/min，真空度为95～96kPa。
本发明的再一目的在于提供所述纳米复合涂料在金属防腐中的应用。
本发明所述纳米片复合涂料相比传统树脂防腐涂料其防腐性能显著提高，通过漆酚与二维纳米片材料的协同效果，可有效应用于各类金属制品的防腐应用中。
优选地，所述纳米片复合涂料在应用时，金属制品的表面一次经过打磨、清洗及干燥处理后，采用线棒涂膜器将纳米片复合涂料涂覆在金属制品表面。
更优选地，所述纳米片复合涂料涂覆在金属制品表面时湿膜的厚度为65～75μm，固化后的干膜厚度为45～55μm。
在所述厚度下的纳米片复合涂料既可实现对金属表面的钝化，使其形成氧化膜；同时也可保障涂料本身的隔绝效果，并且不会影响金属制品的外观及性能。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种纳米片复合涂料，该产品的原料组分中以漆酚作为改性剂，对二维纳米片进行锚定及协同剥离，使而二维纳米片得到有效分散，而改性后的纳米片可在涂料使用时起到很好地物理阻隔作用，大大延长了腐蚀性介质进入涂层内部的路径；此外漆酚中含有的烷基链结构也可为纳米片复合涂料产品提供疏水表面，使水分子难以轻易渗透；而漆酚中含有的邻苯二酚基团可有效钝化保护的金属及合金，使其表面形成致密的氧化膜，从而对金属基底起到有效防护。本发明还提供了所述纳米片复合涂料的制备方法及应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米片复合涂料与纯环氧树脂涂料在应用后置于3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后EIS测试图；
图2为本发明实施例2制备的纳米片复合涂料与纯环氧树脂涂料在应用后置于3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后EIS测试图；
图3为本发明实施例3制备的纳米片复合涂料与纯环氧树脂涂料在应用后置于3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后EIS测试图；
图4为本发明实施例4制备的纳米片复合涂料与纯环氧树脂涂料在应用后置于3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后EIS测试图；
图5为本发明实施例5制备的纳米片复合涂料与纯环氧树脂涂料在应用后置于3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后EIS测试图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
实施例1
本发明所述纳米片复合涂料及其制备方法与应用的一种实施例，所述纳米片复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25mg尺寸为0.5～50μm的二维纳米片材料氮化硼粉末、0.1g漆酚分别加入到2.5g二甲苯中，超声处理4h后获得氮化硼纳米片分散液；
(2)在纳米片分散液中加入10g E44环氧树脂，并通过机械搅拌使之搅拌均匀；最后加入8g聚酰胺650固化剂，搅拌5min钟后迅速放入脱泡机内，设置转速为1500r/min，真空度为95.8kPa并脱泡15min，即得所述纳米片复合涂料。
本实施例所用金属制品为5cm×5cm×1mm规格的Q235碳钢片，所述碳钢片表面分别经过180目、600目的砂纸打磨除去表面的铁锈跟污渍，然后分别在丙酮和酒精中超声清洗30min并进行干燥处理。
然后采用线棒涂膜器(湿膜厚度约为75um)将制备好的纳米复合涂层涂敷在经过处理后的Q235碳钢片表面，固化后涂层干膜厚度约50um。
将涂敷有纳米复合涂层的Q235钢片试样在3.5wt％NaCl溶液浸泡50d，采用三电极体系(饱和AgCl电极为参比电极、铂片为辅助电极、涂覆有纳米片复合涂层的Q235钢片为工作电极)进行电化学阻抗谱测试，同时采用纯E44环氧树脂涂料作为对照组进行对照试验，测试结果如图1所示。
从图1可知，纯环氧树脂涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为4.096×107Ω·cm2，漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为1.468×1010Ω·cm2，显著提高了涂层的耐腐蚀性能。
此外，为验证本发明所述纳米片复合涂料中漆酚与二维纳米片的协同作用，根据上述制备方法制备不添加二维纳米片的漆酚改性环氧树脂涂层(即上述步骤(1)中不添加二维纳米片材料氮化硼粉末，其余步骤相同)并进行相同测试，所得漆酚改性环氧树脂涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为2.341×109Ω·cm2，说明仅仅依靠漆酚也可提升涂料产品的耐腐蚀性，但效果远不及本发明所述漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层。
实施例2
本发明所述纳米片复合涂料及其制备方法与应用的一种实施例，本实施例与实施例1的差别仅在于，所述二维纳米片材料为尺寸为0.5～50μm的石墨烯。
对本实施例所得纳米片复合涂料进行应用及测试，所述应用及测试方法同实施例1，测试结果如图2所示。
从图2可知，纯环氧树脂涂料的涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为4.096×107Ω·cm2，漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为1.056×1010Ω·cm2，显著提高了涂层的耐腐蚀性能。
实施例3
本发明所述纳米片复合涂料及其制备方法与应用的一种实施例，本实施例与实施例1的差别仅在于，所述二维纳米片材料为尺寸为0.5～50μm的二硫化钨。
对本实施例所得纳米片复合涂料进行应用及测试，所述应用及测试方法同实施例1，测试结果如图3所示。
从图3可知，纯环氧树脂涂料的涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为4.096×107Ω·cm2，漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为1.085×1010Ω·cm2，显著提高了涂层的耐腐蚀性能。
实施例4
本发明所述纳米片复合涂料及其制备方法与应用的一种实施例，本实施例与实施例1的差别仅在于，所述二维纳米片材料为尺寸为0.5～50μm的二硫化钼。
对本实施例所得纳米片复合涂料进行应用及测试，所述应用及测试方法同实施例1，测试结果如图4所示。
从图4可知，纯环氧树脂涂料的涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为4.096×107Ω·cm2，漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为9.517×109Ω·cm2，显著提高了涂层的耐腐蚀性能。
实施例5
本发明所述纳米片复合涂料及其制备方法与应用的一种实施例，本实施例与实施例1的差别仅在于，所述二维纳米片材料为尺寸为0.5～50μm的硼烯。
对本实施例所得纳米片复合涂料进行应用及测试，所述应用及测试方法同实施例1，测试结果如图5所示。
从图5可知，纯环氧树脂涂料的涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为4.096×107Ω·cm2，漆酚改性的氮化硼纳米片/有机复合涂层在3.5wt％NaCl水溶液中浸泡50天后|Z|f＝0.01Hz为7.113×109Ω·cm2，显著提高了涂层的耐腐蚀性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种纳米片复合涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
0.02～0.03份二维纳米片、0.08～0.12份漆酚、2～3份有机溶剂、8～12份环氧树脂及6～10份固化剂；所述二维纳米片包括氮化硼、石墨烯、二硫化钨、二硫化钼、硼烯中的至少一种；所述二维纳米片的尺寸为0.5～50μm；所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的至少一种；所述固化剂胺类固化剂；所述胺类固化剂包括聚酰胺固化剂、腰果酚胺固化剂中的至少一种；
所述纳米片复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将二维纳米片、漆酚及二甲苯按配比混合后进行超声处理3.5～4.5h，得纳米分散液；
(2)在纳米分散液中加入环氧树脂并搅拌混合均匀，加入固化剂继续搅拌，随后进行脱泡处理12～18min，即得所述纳米片复合涂料。
2.如权利要求1所述纳米片复合涂料，其特征在于，所述有机溶剂为二甲苯。
3.如权利要求1所述所述纳米片复合涂料，其特征在于，所述脱泡处理通过脱泡机进行，所述脱泡机的设定转速为1400～1600r/min，真空度为95～96kPa。
4.如权利要求1～3任一项所述纳米复合涂料在金属防腐中的应用。
5.如权利要求4所述纳米复合涂料在金属防腐中的应用，其特征在于，所述纳米片复合涂料在应用时，金属制品的表面一次经过打磨、清洗及干燥处理后，采用线棒涂膜器将纳米片复合涂料涂覆在金属制品表面；所述纳米片复合涂料涂覆在金属制品表面时湿膜的厚度为65～75μm，固化后的干膜厚度为45～55μm。
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