[发明专利]一种防空泡腐蚀富锌涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合于舰船附体用的防腐蚀和防空泡腐蚀富锌涂料及其制备方法。

背景技术

舰船的螺旋桨、导流管、尾轴架、尾鳍和方向舵叶等附体长年浸泡在水下，腐蚀现象普遍存在，空泡腐蚀尤其严重，由于附体结构的损坏造成舰船停航检修频繁，不仅在经济上损失很大，而且严重影响了舰船的在航率。

破坏力极强的力学作用和电化学作用是导致空泡腐蚀的两个主要因素，预防空泡腐蚀除了包括正确的选材、合理的结构设计和恰当的阴极保护外，有效的表面防护技术是最根本的防护措施之一。传统的表面防护材料有以下两类：金属和陶瓷等硬质材料和环氧金刚砂涂层、尼龙涂层、树脂涂层和橡胶涂层等软质涂层。陶瓷材料致密、低空隙率，其高机械强度可抵抗力学作用，但需要高温烧结或等离子喷涂等技术，脆而易碎，维护也不易；含多种离子的海水对材料的腐蚀作用很强，即使合金化的金属材料抗腐蚀能力也不足，使用寿命不长，且成本高；弹性体的优点是致密、吸收冲击力强，防腐能力强，但弹性体厚，影响工作效率，同时不耐老化，另外弹性体层与基材之间材料的弹性模量相差太大，多次强力冲击会引起疲劳变形，造成层间分离，产生剥落。

与上述材料相比，无机富锌涂料是一种性能优异的重防腐涂料，具有一定的防空泡腐蚀效果，高硬低孔，具有很强的耐磨蚀、耐老化性能，且兼具阴极保护作用，但直接用作防空泡腐蚀涂料存在材料较“脆”的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米材料改性的富锌涂料，即以性能优异的碳纳米管(CNTs)增加富锌涂料的韧性和强度，并保持材料的阴极保护作用；添加纳米锌粉提高涂层的致密度；同时将富锌涂料与适量的有机树脂复合，增加材料的塑性，制备出性能优异的舰船附体用的防空泡腐蚀涂料。

碳纳米管是一种中空管状结构的一维纳米碳材料，具有极大的长径比，将CNTs用作增强材料比碳纤维更加优越，其作用机理是：(1)CNTs经处理后，表面有大量的羟基和羧基，与涂料粘合剂材料亲和性好，键合紧密，这时CNTs可起到“钉扎”作用，从而阻止基材中固体颗粒的移动，达到阻止微裂纹扩展，提高抗冲击能力；(2)CNTs的密度小，尺寸小，比表面积大，加入1％质量的CNTs就能在基体中连成网状，形成骨架，可承受主要冲击力。另外，阴极保护的存在也是减少空泡腐蚀发生的一个途径，在富锌涂料中，锌的负电位可形成有效的阴极保护作用，富锌涂料阴极保护的衰退主要是金属锌粒子周围逐渐被碱式碳酸锌等水解产物包围，锌粒子与锌粒子之间、锌粒子与钢铁基体之间电阻逐渐加大，阴极保护逐渐衰退。CNTs具有优异的导电性，单根CNTs可承载10⁸A/cm²的电流，而CNTs的直径为数十纳米，长度可达微米级，呈波浪形或螺旋形，完全可使锌粒子之间、锌粒子与铁基底之间电导通，使阴极保护有效期延长，从而使富锌涂层的防空泡腐蚀效应加强。

为提高基体的耐冲击力，必须增强材料的塑性，减少或消除微裂纹。所以加入适量塑性好的有机树脂与富锌涂料复合，使有机树脂填充在粘合剂的-Si-O-Si-网状结构的间隙中，提高成膜的凝结力，可达到减少微裂纹的目的。另外，普通富锌涂料中锌粉粒径偏大(涂料干膜中含有＞85％的锌粉，而锌粒子的粒径一般为微米级)，所以添加纳米级锌粒子也是提高涂层致密度、减少微裂纹的一个重要途径。

本发明可以通过以下过程实现：将CNTs在用浓硝酸和浓硫酸加热回流，使其表面接上羧基和羟基等含氧官能团，再将表面修饰后的CNTs在锂水玻璃中浸泡、超声、离心搜集，然后在高速搅拌情况下加入硅酸锂-钠溶液，超声，并依次分别加入有机树脂乳液、重铬酸钾溶液及其他助剂，球磨30分钟作为涂料的A组分； A组分也可按下述方式实现：将表面已接上羧基和羟基等含氧官能团的CNTs与少量硅酸一起放入球磨罐中进行球磨处理，然后在高速搅拌情况下加入硅酸锂-钠溶液，超声，并依次分别加入有机树脂乳液、重铬酸钾溶液及其他助剂，球磨30分钟作为涂料的A组分；B组分主要是普通锌粉与纳米锌粉的混合物。使用时将A组分与B组分按比例搅拌均匀，过滤后即可进行喷涂。

实现本发明的具体方案是：

一种适用于舰船附体的防腐蚀和防空泡腐蚀的富锌涂料，其特征在于：该富锌涂料是在舰船用水性无机富锌涂料中添加碳纳米管作为增强、增韧剂和导电功能体；添加纳米锌粉；添加有机树脂，碳纳米管在粘结剂组分中的质量含量为0.3％～4％，有机树脂添加量在粘结剂组分中占质量12％～30％，纳米锌粉添加量占锌粉总质量3％～8％，所述的有机树脂为苯丙乳液或硅丙乳液或聚氨酯或氟硅乳液。