CN115403991B - 一种超疏水性环氧防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水性环氧防腐涂层的制备方法,包括如下步骤:(1)固化剂低表面能改性:采用中短链全氟烷酸对脂肪胺固化剂进行接枝改性,制得低表面能的氟胺固化剂;(2)TiO2纳米粒子超疏水改性:采用低表面能的硅氧烷对TiO2纳米粒子进行表面改性,制得超疏水TiO2纳米粒子;(3)超疏水环氧涂料的制备:将超疏水TiO2纳米粒子、环氧树脂和氟胺固化剂添加到稀释剂中,搅拌分散均匀,制得改性环氧涂料;(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化:在基底材料上涂覆制备的超疏水环氧涂料,静置固化,制得超疏水性环氧防腐涂层。本发明制备的涂层具有优异的超疏水性和机械性能,并表现出良好的自清洁能力和耐腐蚀性。

Description

一种超疏水性环氧防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纳米涂层技术领域,具体涉及一种超疏水性环氧防腐涂层及其制备方法。
背景技术
金属的应用极为广泛,在我们社会生活中随处可见。它的使用很大程度地影响着我们的生活,但其腐蚀也引发了许多严重问题,造成环境污染、提高工业的成本。腐蚀的危害范围广泛地蔓延到了日常生活以及几乎每一个行业,例如冶金工业、化学化工、矿采运输、海洋研究等。金属腐蚀所带来的安全问题与经济损失都是异常严重的。但我们所要面临的却不止这些陆上的腐蚀,还有海洋之中的腐蚀给我们带来的破坏与损失。海洋腐蚀是各种金属元件以及相关类型物在海洋环境中发生的腐蚀现象,我们国家在海洋之中也有着许多工程结构都是处于未得到保护状态,因而极其容易被腐蚀。因此,必须采取有效措施防止或减缓腐蚀发生。
涂层保护是用于预防、减缓或控制腐蚀的最广泛和最常用的一种腐蚀防护手段,具有成本低廉、施工简单、耐蚀性强、适用范围广等优点。随着人们对涂层耐蚀性、耐久性、耐候性、环保性等综合性能和应用范围要求的不断提高,传统的防腐涂层往往只具有某一方面的防护功能,且环保性较差,逐渐不能达到日益增高的要求,很大程度上限制了其使用范围。而严重的腐蚀问题和重大的市场需求,急需开发更多的新型多功能涂层和涂层防护技术。对传统防腐涂层进行改性,在满足越来越高的耐蚀性能要求的同时,增加如自清洁、抗结冰、耐老化、抗菌性、耐高温、耐低温等其他防护功能,并减少有毒、有害VOC的释放和使用成本,是有效拓展防腐涂层应用范围的一种新思路,也是未来防腐涂层的发展趋势,具有十分广阔的应用前景。超疏水涂层是由一定的粗糙结构和低表面能构成的涂层,在与水接触的界面上会形成一层气膜,可以抑制水性介质与基体表面的直接接触,有效防止腐蚀介质向涂层内部的渗透,从而具有高效的防腐性能。此外,超疏水表面在油水分离、自清洁、抗结冰、增强浮力和减小阻力等方面的也表现出开阔的应用前景。对涂层进行超疏水改性可以提高涂层防腐性能的同时增加其它应用功能。
在诸多防腐涂料中,环氧树脂的使用其中较为广泛的材料之一。由于环氧树脂生产的涂料具有强稳定性、腐蚀防护性能好的特点,在建筑工程、化工产业生产、轮船航母等方面应用广泛。环氧树脂具有较好的机械性能和耐化学品性,粘合强度大,易于固化和加工,被广泛用作涂料和粘合剂,但是也存在脆性大、表面能高与疏水性能不足等诸多问题,限制了其在防腐领域的应用。传统的环氧涂层超疏水改性方法一般是通过将低表面能的物质,如聚二甲基硅氧烷,直接添加到环氧树脂中,或者通过硅烷偶联剂将低表面能物质连接到环氧树脂中。这些直接添加低表面能物质会导致涂层相容性差,导致涂层与基体之间的附着力低,通过硅烷偶联剂的方法一般制备步骤繁琐、成本较高,且低表面基团比重较低,超疏水性较差。
如何低成本、简便地对环氧防腐涂层进行超疏水改性,使其在获得优异的超疏水性的同时保持良好机械稳定性,具有重要实践意义和突出的创新性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超疏水性环氧防腐涂层的制备方法,涂层在基底上具有良好的超疏水性和附着力,表现出优异的耐腐蚀和自清洁能力。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种超疏水性环氧防腐涂层的制备方法包括如下步骤:
(1)固化剂低表面能改性:
采用Dean-Stark装置,将中短链全氟烷酸加入到含有脂肪胺固化剂的水溶液中,在80-200r/min转速的磁力搅拌下加热至共沸状态进行有机酸-有机胺缩聚反应,直到蒸发掉溶液中的所有水分,得到低表面能的氟胺固化剂。
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性:
将低表面能的硅氧烷加入到水/乙醇溶液中,200-500 rpm转速下磁力搅拌2-24h,加入TiO2纳米粒子,在500-1500 rpm转速下磁力搅拌1-12 h,在8000-12000 rpm转速下离心分离10-30 min,将沉淀在60-100℃下真空干燥8-24 h,制得超疏水改性的TiO2纳米粒子。
(3)超疏水性环氧涂料的制备:
将改性后的氟胺固化剂、超疏水TiO2纳米粒子和稀释剂添加到环氧树脂中,采用分散机在1500-3000 rpm转速下搅拌分散0.5-2 h,再加入氟胺固化剂继续分散5 min,后在1000-2000 rpm转速下离心1-3 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料。
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化:
采用喷涂、刷涂、刮涂、旋涂等方式在金属基底材料上涂覆制备的改性环氧涂料,室温下静置24 h,然后在25-120℃范围内固化24-48 h,固化后得到超疏水性环氧防腐涂层。
进一步地,步骤(1)中,所述的中短链全氟烷酸包含全氟丁酸、全氟己酸、全氟辛酸中的至少1种,所述的脂肪胺固化剂包含二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少1种,全氟烷酸与脂肪胺固化剂质量比为1-8:1;所述的固化剂水溶液质量浓度为10-50%,溶剂为去离子水;
进一步地,步骤(2)中,所述的低表面能的硅氧烷为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)和十六烷基三甲氧基硅烷中的1种,所述的水/乙醇溶液中水与乙醇体积百分比为0-40%,低表面能硅氧烷溶液浓度为0.1-2%,TiO2纳米粒子平均粒径为50-100 nm,TiO2纳米粒子与低表面能硅氧烷的质量比为10-30:1。
进一步地,步骤(3)中,所述的稀释剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、二甲苯中的至少1种,所述的环氧树脂为E-44和E-51两种型号之一,稀释剂与环氧树脂的质量比为10-20:1,氟胺固化剂与环氧树脂的质量比为0.2-1.5:1,超疏水TiO2纳米粒子与环氧树脂的质量比为2-5:1。
进一步地,步骤(4)中所述金属基底材料包括碳钢、铜、不锈钢、铝、铝合金、镁合金中的至少1种。
本发明与现有技术相比,具有下述优点:
1、本发明提出的方法操作简便,设备简单,条件温和,原料廉价易得。
2、传统的环氧涂层超疏水改性方法一般是通过将低表面能的物质,如聚二甲基硅氧烷,直接添加到环氧树脂中,或者通过硅烷偶联剂将低表面能物质连接到环氧树脂中。这些直接添加低表面能物质会导致涂层相容性差,导致涂层与基体之间的附着力低,通过硅烷偶联剂的方方法一般制备步骤繁琐、成本较高,且低表面基团比重较低,超疏水性较差。本发明采用中短链全氟烷酸对固化剂进行氟化接枝改性,可以直接使接枝的低表面能基团通过固化剂与环氧树脂牢固结合在一起,低表面能基团丰富,可有效降低涂层的表面能,提高环氧涂层自身的疏水性。
3、本发明采用低表面能的硅氧烷改性TiO2纳米粒子具有以下优点:(1)低表面能硅氧烷可以与TiO2纳米粒子表面的羟基通过共价结合,在TiO2纳米粒子表面形成超疏水的基团,使得TiO2纳米粒子具有优异的超疏水性;(2)改性TiO2纳米粒子在环氧涂层表面和内部堆积,可使涂层获得构建超疏水表面必需的粗糙度,利于环氧涂层超疏水改性;(3)改性TiO2纳米粒子和改性环氧涂层之间具有良好的相容性,提高涂层与基地之间的附着力;(4)改性TiO2纳米粒子可以填补涂层中微孔缺陷,阻止腐蚀介质向涂层内部渗透,提高涂层防腐性能。
4、本发明制备的改性环氧防腐涂层具有良好的超疏水性、自清洁能力、附着力和防腐性,具有很好的使用价值和应用前景。
附图说明
图1为脂肪胺固化剂DETA和氟胺固化剂DETA-PFBA的FT-IR光谱图;
图2为TiO2纳米粒子及超疏水TiO2-POTS纳米粒子的FT-IR光谱图;
图3为裸Q215碳钢及对比例1、对比例2和实施例1制备的EP、FEP和TiO2-POTS/FEP涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡1 h后的Nyquist图及Bode图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,本领域技术人员将会理解,以下实施例仅为本发明的优选实施例,以便更好地理解本发明,但本发明的保护范围并不限于下列实例。
实施例1
(1)固化剂低表面能改性
搭建好Dean-Stark装置后,将7.2份二乙烯三胺(DETA)加入到含71.4份水的圆底烧瓶中,然后再加入21.4份的全氟丁酸(PFBA),密封后进行抽真空-充氮气三次循环,除去反应装置内的氧气。在100 r/min转速的磁力搅拌下加热溶液至共沸状态进行反应,直到蒸发掉溶液中的所有水分,得到由全氟丁酸改性的二乙烯三胺固化剂,记作DETA-PFBA。
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性
将0.9份1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)加入90.1份乙醇中,300 rpm转速下磁力搅拌2 h。然后加入9.0份平均粒径为100 nm的TiO2纳米粒子,在500 rpm转速下磁力搅拌2 h,进行表面改性。随后在10000 rpm转速下离心分离15 min,并将沉淀在80℃下真空干燥12 h,制得超疏水改性的TiO2纳米粒子,记作TiO2-POTS。
(3)超疏水性环氧涂料的制备
将19.0份超疏水TiO2纳米粒子TiO2-POTS和3.8份E-44环氧树脂添加到75.9份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散2 h,再加入1.3份氟胺固化剂DETA-PFBA继续分散5 min,后在1500 rpm转速下离心2 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料,记作TiO2-POTS/FEP-1涂料。
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化
在打磨光滑并清理干净的Q215碳钢基底表面上喷涂上述制备的改性环氧涂料,室温下静置24 h,然后在60 ℃温度下内固化48 h,制得厚度约为50 μm的超疏水性环氧防腐涂层。
实施例2
(1)固化剂低表面能改性
搭建好Dean-Stark装置后,将12.2份四乙烯五胺(TEPA)加入到含67.5份水的圆底烧瓶中,然后再加入20.3份的全氟丁酸(PFBA),密封后进行抽真空-充氮气三次循环,除去反应装置内的氧气。在150 r/min转速的磁力搅拌下加热溶液至共沸状态进行反应,直到蒸发掉溶液中的所有水分,得到由全氟丁酸改性的四乙烯五胺固化剂,记作TEPA-PFBA。
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性
该步骤同实施例1。
(3)超疏水性环氧涂料的制备
将19.0份超疏水TiO2纳米粒子TiO2-POTS和3.8份E-44环氧树脂添加到76.0份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散2 h,再加入1.2份氟胺固化剂TEPA-PFBA继续分散5 min,后在1500 rpm转速下离心2 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料,记作TiO2-POTS/FEP-2涂料。
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化
该步骤同实施例1。
实施例3
(1)固化剂低表面能改性
该步骤同实施例1。
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性
该步骤同实施例1。
(3)超疏水性环氧涂料的制备
将18.4份超疏水TiO2纳米粒子TiO2-POTS和6.1份E-44环氧树脂添加到73.4份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散2 h,再加入2.1份氟胺固化剂DETA-PFBA继续分散5 min,后在1500 rpm转速下离心2 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料,记作TiO2-POTS/FEP-3涂料。
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化
该步骤同实施例1。
实施例4
(1)固化剂低表面能改性
该步骤同实施例1。
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性
将1.8份十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)加入含62.7份乙醇和26.4份水的混合溶液中,300 rpm转速下磁力搅拌24 h。然后加入9.1份平均粒径为100 nm的TiO2纳米粒子,在800 rpm转速下磁力搅拌12 h,进行表面改性。随后在10000 rpm转速下离心分离15 min,并将沉淀在80℃下真空干燥12 h,制得超疏水改性的TiO2纳米粒子,记作TiO2-HDTMS。
(3)超疏水性环氧涂料的制备
将19.0份超疏水TiO2纳米粒子TiO2-HDTMS和3.8份E-44环氧树脂添加到75.9份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散2 h,再加入1.3份氟胺固化剂DETA-PFBA继续搅拌5min,后在1500 rpm转速下离心2 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料,TiO2-HDTMS/FEP涂料。
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化
该步骤同实施例1。
对比例1
纯环氧防腐涂层(EP涂层)的制备
将4.5份二乙烯三胺(DETA)固化剂和45.5份乙酸乙酯稀释剂添加到50.0份E-44环氧树脂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散10 min,在2000 rpm转速下离心1 min排出涂料中的空气,制得均匀的纯环氧涂料。涂层涂覆和固化方式同实施例1。
对比例2
氟胺改性环氧涂层(FEP涂层)的制备
将14份氟胺固化剂DETA-PFBA和40份E-44环氧树脂添加到46份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散10 min,在2000 rpm转速下离心1 min排出涂料中的空气,制得均匀的氟化改性环氧涂料。涂层涂覆和固化方式同实施例1。
对比例3
超疏水TiO2改性环氧涂层(TiO2-POTS/EP涂层)的制备
将20份超疏水TiO2纳米粒子TiO2-POTS和4份E-44环氧树脂添加到75.6份乙酸乙酯稀释剂中,并采用分散机在2000 rpm转速下搅拌分散2 h,再加入0.4份二乙烯三胺(DETA)固化剂继续搅拌5 min,后在1500 rpm转速下离心2 min排出涂料中的空气,制得均匀的超疏水TiO2改性环氧涂料。涂层涂覆和固化方式同实施例1。
分别测定实施例1-4和对比例1-3制备的涂层性能,包括水接触角、附着力、耐摩擦性能、自清洁能力和防腐性能。水接触角测量如下:在涂层表面滴5 μL水滴后用接触角测试仪进行测量的,分别取不同位置5个点的平均值作为测量结果。附着力是通过划格法进行测量的,具体如下:在涂层上用划格器划出多个边长为1 mm的方格,然后贴上3M的胶带用力压紧后迅速拉开,用放大镜观察涂层脱落情况。自清洁能力测试如下:将30份黄土粉加入70份水中搅拌成泥浆液,在用100目筛子过滤掉较大的颗粒后,用小型喷雾器将少量泥浆液喷撒到涂层样板(50 mm × 100 mm)表面,自然干燥24 h模拟灰尘污垢。将带有灰尘的涂层样板倾斜10度放置,用小型洒水壶距离20 cm高度喷洒200 mL清水到涂层表面进行淋洗,观察表面灰尘残留情况。耐摩擦性能测试如下:将样品置于800目砂纸上,样品上施加5kPa的压力,在砂纸上平行移动100 cm,测试水接触角变化。防腐性能测试如下:将Q215电极和喷涂了各种涂层的电极置于浓度为3.5%的NaCl溶液中,室温下采用电化学阻抗谱法进行测量。
实施例与对比例涂层的水接触角、附着力、耐摩擦和自清洁能力测试结果如表1所示。
表1 实施例与对比例的水接触角、附着力、耐摩擦和自清洁性能测试结果
实施例1-4与对比例1中未改性的纯环氧涂层相比,其疏水性、附着力、摩擦稳定性和自清洁能力都有显著提高,表明本发明提出的超疏水性环氧防腐涂层制备方法切实可行。
实施例1-4与和对比例3的根本区别在于固化剂是否氟化改性,本发明采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对其脂肪胺固化剂DETA和氟胺固化剂DETA-PFBA的组成进行了表征,如图1所示。通过对比可发现,在氟胺固化剂的红外光谱图中没有羧基的特征峰,但出现1642 cm-1处亚酰胺上的羰基伸缩振动峰,这表明在二乙烯三胺成功与七氟丁酸接枝形成酰胺。1343 cm-1和1228 cm-1处出现CF3的特征峰,587 cm-1和534 cm-1处出现CF2的特征峰。由此可知,改性后的固化剂分子上含有低表面能的含氟基团,表明脂肪胺固化剂被成功地改性微疏水改性的氟胺固化剂。固化剂的氟化改性可以降低涂层成膜物的表面能,从而提高涂层疏水性。对比表1中实施例1-4和对比例3可以看出,采用氟胺固化剂的涂层接触角都超过150°,达到超疏水程度,自清洁性能优异;而采用未改性固化剂的涂层接触角只有126.6°,仅达到疏水程度,自清洁性能相对较差。主要原因就是固化剂氟化改性。此外,实施例1-4的机械性能也明显比对比例3要好,主要原因就是疏水TiO2纳米粒子与疏水改性的树脂都具有疏水性,它们之间的相容性较好,因此机械性能与未改性的树脂相比有所提高。通过对比例1和对比例2也能得到相一致的结果。
同样通过FT-IR对TiO2纳米粒子超疏水改性进行表征,如图2所示,TiO2-POTS纳米粒子的红外光谱上在1049cm-1处出现新的弱峰,属于POTS的Si-O-Si振动吸收带;在1243cm-1、1208cm-1和1145cm-1处出现C-F键的拉伸振动峰,它以C-F2或C-F3的形式存在。1145cm-1处的新峰是由POTS和TiO2纳米粒子之间的连接产生的Si-O-C键。这些结果表明,POTS已经通过共价键成功接枝在了TiO2纳米粒子的表面,使其表面具有丰富的低表面能基团,有助于超疏水涂层的构建。实施例1-4与和对比例2的根本区别在于是添加了超疏水TiO2纳米粒子。通过表1中实施例与对比例2的比较可以看出,未添加超疏水TiO2纳米粒子的FEP涂层接触角只有85.8°,接近疏水但是还未达到疏水状态,其自清洁能力也远不如实施例的。这是因为超疏水TiO2纳米粒子通过纳米粒子之间相互堆叠在涂层表面形成低表面能的粗糙结构,是涂层获得超疏水性能所必需的,而自清洁能力大小跟超疏水性能有直接关系。此外,实施例涂层的机械性能也远比对比例2涂层的好,主要是因为超疏水TiO2纳米粒子与氟化改性环氧树脂具有良好的相容性,可以填补涂层中微孔,增强机械强度。
涂层防腐性能测试结果如图3所示,显示的分别是裸Q215碳钢及对比例1、对比例2和实施例1制备的EP、FEP和TiO2-POTS/FEP涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡1 h后的EIS测试结果数据图。从图3A的Nyquist图可以看出,不同电极的容抗弧的形状不同、大小存在差异。裸碳钢电极的容抗弧很小,并且只有一个,表明其电极过程只与双电层电容(Cdl)以及电荷转移电阻(Rct)的时间常数有关。在相同的腐蚀环境中,当Nyquist阻抗图中容抗弧半径越大,表明工作电极的极化电阻越高,涂层的耐腐蚀性越好。TiO2-POTS/FEP涂层的容抗弧比FEP涂层的容抗弧大,也比EP涂层的容抗弧大,同时二者容抗弧皆大于裸Q215钢,即从大到小排序分别为:TiO2-POTS/FEP涂层 > FEP涂层 > EP涂层 >> 裸Q215钢,表明TiO2-POTS/FEP涂层、FEP涂层和EP涂层均具有良好的耐腐蚀性,EP涂层因其良好的屏蔽和阻隔作用而起到了腐蚀防护效果,而TiO2-POTS/FEP 涂层的容抗弧最大,抗腐蚀性能最好,这主要是TiO2-POTS/FEP涂层具有良好的抗水性,能较好地抵制水介质的渗透,从而较大地提升了耐腐性能。图3B为各涂层阻抗模值|Z|-频率的Bode图,较低频率(|Z|0.01Hz)下的涂层阻抗模值可用于评估涂层的耐腐蚀性,其值越大表明耐腐蚀越好。由Bode图可知,裸碳钢的|Z|0.01Hz约为400 Ω cm2,而EP涂层、FEP涂层和TiO2-POTS/FEP 涂层的|Z|0.01Hz 分别为4.5×109 Ωcm2、6×109 Ω cm2、7×109 Ω cm2,相比裸碳钢提升了约7个数量级,表明实施例和对比例制备的都具有较好的防腐性能,而实施例1制备的TiO2-POTS/FEP涂层的Z|0.01Hz最大,表明本发明制备的超疏水性环氧防腐涂层具有更好的耐蚀性以及保护效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种超疏水性环氧防腐涂层的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)固化剂低表面能改性:
将中短链全氟烷酸加入到含有脂肪胺固化剂的水溶液中,在80-200r/min转速的磁力搅拌下加热至共沸状态进行反应,直到蒸发掉溶液中的所有水分,得到低表面能的氟胺固化剂;
(2)TiO2纳米粒子超疏水改性:
将低表面能的硅氧烷加入到水/乙醇溶液中,200-500 rpm转速下磁力搅拌2-24 h,加入TiO2纳米粒子,在500-1500 rpm转速下磁力搅拌1-12 h,在8000-12000 rpm转速下离心分离10-30 min,将沉淀在60-100 ℃下真空干燥8-24 h,制得超疏水改性的TiO2纳米粒子;
(3)超疏水性环氧涂料的制备:
将超疏水TiO2纳米粒子和环氧树脂添加到稀释剂中,采用分散机在1500-3000 rpm转速下搅拌分散0.5-2 h,再加入氟胺固化剂继续分散5 min,后在1000-2000 rpm转速下离心1-3 min排出涂料中的空气,制得均匀的改性环氧涂料;
(4)超疏水性环氧防腐涂层的涂覆与固化:
在金属基底材料上涂覆制备的改性环氧涂料,室温下静置24 h,然后在25-120℃温度范围内固化24-48 h,固化后得到超疏水性环氧防腐涂层;
步骤(3)中超疏水TiO2纳米粒子与环氧树脂的质量比为2-5:1。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述的中短链全氟烷酸包含全氟丁酸、全氟己酸、全氟辛酸中的至少一种;所述的脂肪胺固化剂包含二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种;中短链全氟烷酸与脂肪胺固化剂质量比为1-8:1;所述的含有脂肪胺固化剂的水溶液的质量浓度为10-50%。
3. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述的低表面能的硅氧烷为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种,TiO2纳米粒子平均粒径为50-100 nm,TiO2纳米粒子与低表面能硅氧烷的质量比为20-50:1。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述的稀释剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、二甲苯中的至少一种,所述的环氧树脂为E-44或E-51,稀释剂与环氧树脂的质量比为10-20:1,氟胺固化剂与环氧树脂的质量比为0.2-1.5:1。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述金属基底材料包括碳钢、铜、不锈钢、铝、铝合金、镁合金中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的超疏水性环氧防腐涂层。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108912985A (zh) * 2017-03-20 2018-11-30 洛阳尖端技术研究院 一种疏水涂料及其制备方法
CN110272668A (zh) * 2019-06-19 2019-09-24 东南大学 一种超疏水涂层及其制备方法
CN110607100A (zh) * 2019-08-13 2019-12-24 国电龙源江永风力发电有限公司 超疏水涂料及其制备方法、超疏水涂层及其制备方法
CN111117384A (zh) * 2020-01-06 2020-05-08 哈尔滨工业大学 一种高机械强度耐磨耐腐蚀的超疏水涂层材料的制备方法
CN112175520A (zh) * 2020-08-24 2021-01-05 青岛科技大学 一种超疏水、透明、耐久涂层的制备方法和应用
CN114345311A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 浙江工业大学 一种超疏水性氟碳链改性二氧化钛及其制备方法与应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108912985A (zh) * 2017-03-20 2018-11-30 洛阳尖端技术研究院 一种疏水涂料及其制备方法
CN110272668A (zh) * 2019-06-19 2019-09-24 东南大学 一种超疏水涂层及其制备方法
CN110607100A (zh) * 2019-08-13 2019-12-24 国电龙源江永风力发电有限公司 超疏水涂料及其制备方法、超疏水涂层及其制备方法
CN111117384A (zh) * 2020-01-06 2020-05-08 哈尔滨工业大学 一种高机械强度耐磨耐腐蚀的超疏水涂层材料的制备方法
CN112175520A (zh) * 2020-08-24 2021-01-05 青岛科技大学 一种超疏水、透明、耐久涂层的制备方法和应用
CN114345311A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 浙江工业大学 一种超疏水性氟碳链改性二氧化钛及其制备方法与应用

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