CN115612355A - 一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水抗腐蚀涂层配方和涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层配方和涂层制备方法。配方包括普鲁兰多糖、乙酸纤维素和N，N‑二甲基甲酰胺。本发明通过调控可普鲁兰多糖与乙酸纤维素的疏水性能，通过静电纺丝的方法将其纺制在金属基体上，制备出具有优异耐腐蚀性能和疏水性能的防腐蚀涂层，推动先进海洋材料在严酷服役环境中应用。

Description

一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水抗腐蚀涂层配方和涂层制 备方法
技术领域
本发明涉及海洋腐蚀与防护的技术领域，具体涉及一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水抗腐蚀涂层配方和涂层制备方法。
背景技术
普鲁兰是一种水溶性胞外多糖，由麦芽糖糖组成连接的重复单位，由类似真菌的酵母出芽短梗霉产生。普鲁兰多糖具有多种优异的性能，比如具有无色、透明、耐热、耐油、耐氧等。然而纯普鲁兰膜的应用受到机械性能差、亲水性高、活性功能缺乏等不良性能的限制。乙酸纤维素是一种无毒、生物可降解、安全性高的纤维素衍生物，由于其重复葡萄糖单元上的羟基被乙基取代，使其成为具有稳定性能的疏水性聚合物。具有热稳定性好、成膜能力强、机械强度高等特点，在制药、组织工程、食品包装等领域得到了广泛的应用。因此目前有极少的研究其在海洋腐蚀与防护领域的应用，比如海洋材料的涂层的疏水性能和抗腐蚀性能。而本发明正是基于提高普鲁兰多糖与纤维素涂层的疏水和防腐性能在海洋防护方面的研究，以便未来推动普鲁兰多糖在海洋腐蚀与防护领域的发展。
近年来，利用静电纺丝技术是一种简单、便捷、应用广泛的技术，并且其可使高分子聚合物制备出连续的、微米和纳米直径的纤维。另外，静电纺丝制备的纤维具有直径可调、孔隙率高、比表面积大等特点，因此在食品包装、药物输送、过滤材料、传感器等领域具有广阔的应用前景。因此制备静电纺丝纳米纤维已经成为研究的热点。此外，由于静电纺丝纤维的生物安全性、低成本和良好的稳定性，生物活性物质在被包埋后稳定性和生物利用度显著提高，并且可以实现药物或者活性材料的控制释放。因此本发明利用静电纺丝技术将普鲁兰多糖和乙酸基纤维素相结合，利用纤维素的疏水性使纤维涂层应用于海洋涂层中。本发明利用普鲁兰多糖的的易成膜性、易纺性和纤维素的疏水性性能来制备疏水的抗腐蚀涂层，以来延长海洋材料的使用寿命。
发明内容
针对上述海洋常用材料碳钢、镁合金材料耐腐蚀性能较差的问题，本发明提供了一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层配方和涂层制备方法，通过该方法制备的普鲁兰多糖与乙酸纤维素纺丝涂层具有优异的耐腐蚀性能和疏水性能。
本发明的普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层配方，其包括普鲁兰多糖、乙酸纤维素和N，N-二甲基甲酰胺。
优选，每40mL N，N-二甲基甲酰胺中含1.5g普鲁兰多糖和4g乙酸纤维素。
本发明的第二个目的是提供普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层的制备方法，其包括以下步骤：
A、对金属基体进行清洗预处理；
B、将预处理好的金属基体放置在烘箱中，在其表面环氧树脂和固化剂，然后固化，再在锡箔纸上，采用静电纺丝的方法将普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层溶液纺在金属基体上，晾干即得。
优选，所述的金属基体是碳钢、镁合金等。
优选，所述的对金属基体进行清洗预处理是依次用水砂纸金属基体进行打磨；然后依次用水和无水乙醇超声清洗；最后用去离子水清洗，热风吹干。
优选，所述的水砂纸是400#～2000#的水砂纸。
优选，所述的步骤B为将预处理好的金属基体放置在80℃烘箱中，按每8cm2表面喷涂10μl环氧树脂和固化剂溶液的量，放置固化10h，采用静电纺丝的方法将普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层溶液纺在金属基体上，晾干即得；所述的环氧树脂和固化剂溶液是每毫升无水乙醇中含有环氧树脂0.05g和聚酰胺树脂固化剂0.025g。
优选，所述的静电纺丝的方法，其纺丝机器电压12.67kv,负电压为-3.27Kv，速度为0.06mm/min，纺丝时间为1.5h。
本发明通过调控可普鲁兰多糖与乙酸纤维素的疏水性能，通过静电纺丝的方法将其纺制在金属基体上，制备出具有优异耐腐蚀性能和疏水性能的防腐蚀涂层，推动先进海洋材料在严酷服役环境中应用。
附图说明：
图1为实施例1中碳钢Q235表面所制备的普鲁兰多糖与乙酸基纤维素纺丝涂层的疏水图片，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢Q235，(b)是添加纺丝涂层后。
图2为实施例1中碳钢Q235添加涂层前后电化学交流阻抗对比图，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢Q235，(b)是添加纺丝涂层后。
图3为实施例1中碳钢Q235添加涂层前后盐雾试验对比图，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢Q235，(b)是添加纺丝涂层后。
图4为实施例2中镁合金表面所制备的普鲁兰多糖与乙酸纤维素制备涂层的疏水图片，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢镁合金，(b)是添加纺丝涂层后。
图5为实施例2中镁合金添加涂层前后电化学交流阻抗对比图，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢镁合金，(b)是添加纺丝涂层后。
图6为实施例2中镁合金添加涂层前后盐雾试验对比图，其中(a)是添加纺丝涂层前，预处理好的碳钢镁合金，(b)是添加纺丝涂层后。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可根据上述发明内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
(1)预处理：依次用400#～2000#的水砂纸对碳钢Q235的表面进行打磨；然后依次用水和无水乙醇超声清洗；最后用去离子水清洗，热风吹干。
(2)配置涂层溶液：所述配置的涂层溶液包括1.5g普鲁兰多糖、4g乙酸纤维素，40mL N，N-二甲基甲酰胺，将各成分混合均匀即得。
(3)制备涂层：将预处理好的碳钢Q235基体放置在80℃烘箱中，首先在其8cm2表面喷涂10μl环氧树脂和固化剂溶液，所述的环氧树脂和固化剂溶液是：环氧树脂(E44)和聚酰胺树脂固化剂(650)分别是0.05g和0.025g，溶剂为1ml无水乙醇，制备方法是将环氧树脂和固化剂加入到无水乙醇中混合均匀，放置固化10h。然后将含有环氧树脂的基体材料粘贴在锡箔纸上，采用静电纺丝的方法将配制的涂层溶液纺在金属基体上，纺丝机器电压12.67kv,负电压为-3.27Kv，速度为0.06mm/min，纺丝时间为1.5h，纺丝涂层面积为8cm2。
(4)后处理：涂层制备完成后，将其自然晾干后将其放在密封袋里。
对碳钢进行添加普鲁兰纺丝涂层后，对样品进行疏水角、腐蚀拍照和电化学腐蚀测试。由图1可见，在碳钢表面添加普鲁兰多糖纺丝涂层后，测得疏水角为131.7°，说明其提高了涂层的疏水性。由图2可见，经过添加涂层处理后，阻抗弧的半径明显增大(b)，说明碳钢的耐腐蚀性能显著提高。由图3可知，在碳钢基体表面添加涂层后，金属基体表面的涂层形貌较为完整，而未添加涂层则呈现明显腐蚀产物，对比明显。
实施例2
(1)预处理：依次用400#～2000#的水砂纸对镁合金表面进行打磨；然后依次用水和无水乙醇超声清洗；最后用去离子水清洗，热风吹干。
(2)配置涂层溶液：所述配置的涂层溶液包括1.5g普鲁兰多糖、4g乙酸纤维素，40mL N，N-二甲基甲酰胺，将各成分混合均匀即得。
(3)制备涂层：将预处理好的镁合金材料基体放置在80℃烘箱中，首先在其8cm2表面喷涂10μl环氧树脂和固化剂溶液，所述的环氧树脂和固化剂溶液是：环氧树脂(E44)和聚酰胺树脂固化剂(650)分别是0.05g和0.025g，溶剂为1ml无水乙醇，制备方法是将环氧树脂和固化剂加入到无水乙醇中混合均匀，放置固化10h。然后将含有环氧树脂的基体材料粘贴在锡箔纸上，采用静电纺丝的方法将配制的涂层溶液纺在金属基体上，纺丝机器电压12.67kv,负电压为-3.27Kv，速度为0.06mm/min，纺丝时间为1.5h，纺丝涂层面积为8cm2。
(4)后处理：涂层制备完成后，将其自然晾干后将其放在密封袋里。
对镁合金进行添加普鲁兰多糖纺丝涂层后，对样品进行疏水角、腐蚀拍照和电化学腐蚀测试。由图4可见，在碳钢表面添加普鲁兰纺丝涂层后，测得疏水角为130.2°，说明其涂层提高了涂层的疏水性。由图5可见，经过添加涂层处理后，阻抗弧的半径明显增大(b)，说明镁合金的耐腐蚀性能显著提高。由图6可知，在镁合金基体表面添加涂层后，金属基体表面的涂层形貌相对较为完整，而未添加涂层则呈现明显腐蚀产物，对比明显。

Claims (8)

1.一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层配方，其特征在于，包括普鲁兰多糖、乙酸纤维素和N，N-二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层配方，其特征在于，每40mLN，N-二甲基甲酰胺中含1.5g普鲁兰多糖和4g乙酸纤维素。
3.一种普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、对金属基体进行清洗预处理；
B、将预处理好的金属基体放置在烘箱中，在其表面喷涂环氧树脂和固化剂，然后固化，再粘贴在锡箔纸上，采用静电纺丝的方法将权利要求1或2的普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层溶液纺在金属基体上，晾干即得。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的金属基体是碳钢或镁合金。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的对金属基体进行清洗预处理是依次用水砂纸金属基体进行打磨；然后依次用水和无水乙醇超声清洗；最后用去离子水清洗，热风吹干。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的水砂纸是400#～2000#的水砂纸。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤B为将预处理好的金属基体放置在80℃烘箱中，按每8cm2表面喷涂10μl环氧树脂和固化剂溶液的量，放置固化10h，采用静电纺丝的方法将普鲁兰多糖与乙酸纤维素疏水纳米纤维纺丝涂层溶液纺在金属基体上，晾干即得；所述的环氧树脂和固化剂溶液是每毫升无水乙醇中含有环氧树脂0.05g和聚酰胺树脂固化剂0.025g。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝的方法，其纺丝机器电压12.67kv,负电压为-3.27Kv，速度为0.06mm/min，纺丝时间为1.5h。
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