CN114874685B - 一种适用于酸性环境下的防腐涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于酸性环境下的防腐涂料及其制备方法与应用，防腐涂料包括以下质量分数的组分：环氧树脂30~80份，固化剂1~40份，导电聚合物填料1~10份，分散剂0.01~10份，涂料助剂0.01~2份。与现有技术相比，本发明提供的防腐涂料，在涂料形成过程中利用酸性介质下的阴离子掺杂，在形成掺杂态的同时又形成了大分子结构，能够提高涂料的防腐性能。

Description

一种适用于酸性环境下的防腐涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种适用于酸性环境下的防腐涂料及其制备方法与应用，属于输变电设备防腐技术领域。
背景技术
据统计，全球工业化国家的腐蚀成本约占国民生产总值的3-4％，其中服役于自然大气环境中的金属构件所产生的腐蚀损耗约占50％，而电网工程中约有90％的设备是长期服役于各类自然环境之中，环境腐蚀不但是输变电设备的主要失效形式之一，而且也是导致电网运行安全可靠性降低，甚至形成重大安全隐患的重要因素。特别是处在一些例如阴雨绵绵的地区，含硫、磷和煤的化工厂周边等恶劣环境的电力网，其输变电设备腐蚀更加严重。
目前电力系统一般采用耐腐蚀材料，有机涂层防腐和镀层防腐这些措施来进行防腐。其中，进行物理屏障作用的涂层防腐是较常见的防腐措施，但实际应用中根据实际腐蚀环境情况下要根据不同环境参数对应不同的涂料配套体系在实操中涂装难度较大，大气环境是造成输变电设备腐蚀的主要原因。尤其是一些火力发电或处于化工厂周边的输变电设备，由于空气中的SO3、CO2、Cl2等一些酸性气体，更容易让金属发生腐蚀。
发明内容
基于上述，本发明提供一种适用于酸性环境下的防腐涂料及其制备方法与应用，以解决现有有机涂层在酸性条件下容易加速腐蚀，导致防腐效果差的技术问题。
本发明的技术方案是：一种适用于酸性环境下的防腐涂料，包括以下质量分数的组分：环氧树脂30～80份，固化剂1～40份，导电聚合物填料1～10份，分散剂0.01～10份，涂料助剂0.01～2份。
可选的，所述导电聚合物填料由聚合物单体、光引发剂和聚合物基复合材料混合得到，其中，所述聚合物单体、光引发剂和聚合物基复合材料的添加比例为1:0.01～0.2:1～2。
可选的，所述导电聚合物填料为苯胺或吡咯的聚合物。
可选的，所述光引发剂为二氧化钛、石墨烯衍生物、苯偶酰衍生物或二苯甲酮衍生物。
可选的，所述固化剂为聚酰胺类固化剂。
可选的，所述分散剂为N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
可选的，所述涂料助剂包括消泡剂和流平剂。
本发明还提供一种所述的适用于酸性环境下的防腐涂料的制备方法，包括：
1)将导电聚合物填料溶于分散剂中，超声后与环氧树脂和涂料助剂混合均匀，得到组分一；
2)取固化剂作为组分二；
3)将组分一和组分二混合均匀，即得适用于酸性环境下的防腐涂料。
本发明还提供一种所述的适用于酸性环境下的防腐涂料作为输变电设备防腐涂层的应用。
可选的，在紫外光或者可见光下固化，即得防腐涂层。
本发明中，聚合物单体分散在聚合物基复合材料大分子的间隙，在光引发剂作用下，单体由价态变为基态，形成自由基，进一步形成多聚体，填补大分子间隙，致密的结构有利于减少水汽和氧与金属基体直接接触。同时聚合物单体作为一种腐蚀抑制剂，在腐蚀过程中被还原，掺杂离子脱掺，腐蚀环境中一部分的阴离子会迁移至保护基体表面使其发生点蚀，在光引发剂作用下，活泼的自由基能更快的与脱掺的阴离子结合形成掺杂态，进而能够提高涂层的抗腐蚀性能。
与现有技术相比，本发明提供的防腐涂料，在涂料形成过程中利用酸性介质下的阴离子掺杂，在形成掺杂态的同时又形成了大分子结构，能够提高涂料的防腐性能。尤其是本防腐涂料中采用的导电聚合物填料，其单体能够在光引发剂作用下进行二次聚合，并且利用大气环境中容易加速腐蚀的氮氧化物、硫氧化物等含酸性物质的污染源，可使导电聚合物填料二次掺杂聚合，使其具有防腐耐酸耐磨的优良特性，尤其对处在酸性环境的设备具有较好耐磨防腐的作用，在火电厂设备、化工设备、海上平台等领域中有良好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：
步骤1：按质量份数计，原料包括以下组分：双酚A型环氧树脂50g，30gT31固化剂，导电聚合物填料3.05g，N-甲基吡咯烷酮5g，消泡剂0.2g，流平剂0.5g，其中，导电聚合物填料包括聚苯胺基复合材料1g，苯胺单体2g和二氧化钛0.05g。
步骤2：将导电聚合物填料溶于N-甲基吡咯烷酮中，超声30min，之后与双酚A型环氧树脂、消泡剂和流平剂机械搅拌30min，混合均匀得到组分一；
步骤3：将T31固化剂为组分二；
步骤4：将组分一与组分二按质量比为4:1混合，并搅拌30min，即得到适用于酸性环境下的防腐涂料；
步骤5：将涂料倒在聚四氟乙烯模具中成膜，在紫外光下充分光照干燥。
实施例2：
步骤1：按质量份数计，原料包括以下组分：双酚A型环氧树脂50g，30gT31固化剂，导电聚合物填料4.1g，N,N-二甲基甲酰胺5g，消泡剂0.2g，流平剂0.5g，其中，导电聚合物填料包括聚吡咯基复合材料2g，吡咯单体2g，二氧化钛0.05g，苯偶姻及衍生物0.05g。
步骤2：将导电聚合物填料溶于N,N-二甲基甲酰胺中，超声30min，之后与双酚A型环氧树脂、消泡剂和流平剂机械搅拌30min，混合均匀得到组分一；
步骤3：将T31固化剂为组分二；
步骤4：将组分一与组分二按质量比为4:1混合，并搅拌30min，即得到适用于酸性环境下的防腐涂料。
对比例：
对比样制备方法同实施例1，仅改变干燥条件为黑暗下干燥。
本发明实施例及对比例中用到的聚苯胺基复合材料，是以氧化石墨烯(GO)和苯胺(An)为主要原料，采用化学氧化聚合法得到的复合材料。具体制备方法为：以氧化石墨烯(GO)分散液为原料，将1g预蒸馏的苯胺(An)为单体溶在100ml 1M的H2SO4酸溶液中，3.05g过硫酸铵(APS)为氧化剂，采用原位化学氧化聚合法，冰浴下持续反应12h，使苯胺单体在改性氧化石墨烯表面聚合，用无水乙醇、去离子水洗涤、抽滤，60℃真空干燥24h，得到墨绿色产物，从而得到聚苯胺基复合材料。氧化石墨烯(GO)分散液利用Hummer法制备，具体制备方法为，将1g天然鳞片石墨分散于25ml浓硫酸，待分散均匀后，缓慢加入3g高锰酸钾，冰浴24h，之后升温至60℃反应6h后加入H2O2除去未反应的高锰酸钾，经酸洗、水洗、超声后得到GO分散液备用。
同理，聚吡咯基复合材料方法与聚苯胺基复合材料的制备方法相同，仅将单体换为预先蒸馏好的吡咯单体(Py)即可。
耐水性及电化学分析：
胶膜的耐水性测试：取上述实施例1至2，以及对比例制备好的胶膜，重量记为m1(g)，再将胶膜在水中浸泡24h，重量记为m2(g)；用公式
Figure GDA0004176917400000041
计算吸水率。
涂层的防腐性能电化学测试法：取上述实施例1和2，以及对比例制备的防腐涂料涂覆在碳钢上，采用辰华CHI 760C型电化学工作站，以1M的H2SO4溶液作为腐蚀介质，电化学测试以1M的H2SO4溶液为电解液，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，工作电极为复合防腐涂层，扫描电压为开路电压±300mV为范围，扫描速度为5mV/s，进行极化曲线测试；频率为100kHz～0.01Hz，进行电化学阻抗谱测试。
表1耐水性及电化学测试数据表
Figure GDA0004176917400000042
从表1可看出，实施例1至实施例2的吸水率明显低于对比例1，吸水性差，说明实施例的胶膜较好的填充了对比例的空隙，使得胶膜变得致密，水分子难以进入到胶膜内部，对腐蚀电解质渗透的保护作用较好，有一定的屏障作用。此外，实施例中的低频模值|Z|与极化电阻Rcoat和自腐蚀电压Ecorr较未光聚合的对比例有很大提高，且实施例中的腐蚀电流密度Icorr更小，说明光聚合下的聚合物复合在酸性环境下较化学聚合的聚合物的防腐性能更好，腐蚀介质渗入速度较慢。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种适用于酸性环境下的防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按质量份数计，原料包括以下组分：双酚A型环氧树脂50g，30gT31固化剂，导电聚合物填料3.05g，N-甲基吡咯烷酮5g，消泡剂0.2g，流平剂0.5g，其中，导电聚合物填料包括聚苯胺基复合材料1g，苯胺单体2g和二氧化钛0.05g；
步骤2：将导电聚合物填料溶于N-甲基吡咯烷酮中，超声30min，之后与双酚A型环氧树脂、消泡剂和流平剂机械搅拌30min，混合均匀得到组分一；
步骤3：将T31固化剂为组分二；
步骤4：将组分一与组分二按质量比为4:1混合，并搅拌30min，即得到适用于酸性环境下的防腐涂料；
步骤5：将涂料倒在聚四氟乙烯模具中成膜，在紫外光下充分光照干燥；
其中，所述聚苯胺基复合材料的制备方法为：以氧化石墨烯分散液为原料，将1g预蒸馏的苯胺为单体溶在100mL1M的H2SO4酸溶液中，3.05g过硫酸铵为氧化剂，采用原位化学氧化聚合法，冰浴下持续反应12h，使苯胺单体在改性氧化石墨烯表面聚合，用无水乙醇、去离子水洗涤、抽滤，60℃真空干燥24h，得到墨绿色产物，从而得到聚苯胺基复合材料。
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