[发明专利]一种纳米复合防腐涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合防腐涂料的制备方法，属于化工材料领域。

背景技术

金属腐蚀给国民经济带来了巨大的损失，每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1/3。采用涂料防腐是当今防腐蚀中重要的也是最有效的手段，涂层对腐蚀介质具有良好的稳定性和低渗透性，同时又具有优异的力学性能，才能真正起到防腐的作用。常见的防腐涂料有环氧树脂基、聚乙烯基、聚氨酯基等涂料但现有的防腐涂层存在耐蚀性能差、防腐时间短、附着力差或耐温性能差等问题。如环氧树脂基涂料具有良好的耐油性，但其耐水性较差，聚乙烯基防腐涂料的力学性能较差，聚氨酯基涂料具有良好的耐水性，但其耐油性不佳。同时，现有防腐涂料多采用对环境危害较大的有机溶剂。如CN102417785A公开了一种环氧树脂防腐涂料的制备方法，该涂料的制备方法使用大量的二甲苯等有毒溶剂及大量无机填料。由于有毒溶剂的加入对环境造成危害，且大量无机填料的加入对涂层的防腐性能造成影响。

近年来，有机-无机纳米复合材料已引起防腐领域的广泛关注。Nanophase Technologies公司将纳米氧化铝与透明清漆混合，大大提高了涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性。国内外许多专利利用纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等或其复合纳米材料对表面改性后分散于聚合物树脂基体中制备防腐涂料。如孙金余等用纳米二氧化硅分散在水基环氧树脂中，制备出水基环氧纳米复合涂料，结果表明制备的涂料具有良好的防腐性能。薛丽莉等把纳米二氧化钛添加到环氧树脂和溶剂中，提高了涂料的力学性能和耐腐蚀性。专利CN100503754C公开了一种水性环氧复合涂料及其制备方法，该发明所用固化剂分子链段中既含亲水基团，又含亲油基团，因而具有乳化功能，而不用加入乳化剂。但所用纳米二氧化硅等填料的分散性不佳，易沉降。专利CN101280144B公开了一种吸波重防腐纳米涂料，该涂料以环氧改性丙烯酸弹性树脂为基体，加入纳米钛合金、碳纤维、铜粉等无机纳米填料。虽然目前纳米防腐涂料得到了广泛的发展，但目前仍普遍存在一些问题：由于纳米填料比表面积大，表面自由能高，因此纳米粒子易团聚，即使利用球磨、高速搅拌等方法使纳米粒子分散在涂料中，也会发生团聚现象，失去纳米填料应有的作用。虽然无机纳米填料的加入，增强了涂料的力学性能，但无机纳米填料与有机基体间的结合作用较弱，导致涂层对氧气、水等的阻隔作用减弱，防腐性的稳定性变差。纳米防腐涂料的研究开发有待于新的突破。

发明内容

针对现有防腐涂料及制备方法中存在的不足，本发明提供了一种纳米复合防腐涂料的制备方法，该方法以聚氨酯、聚苯乙烯及有机粘土为结构单元，采用互穿网络技术与原位插层相结合的方法，制备得到有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料。

本发明采用互穿技术，有效结合了聚氨酯与聚苯乙烯优异性能，并采用不同分子量的聚醚二元醇以及其与蓖麻油的比例进一步调控聚氨酯的微观结构；同时采用原位插层的方法使片层结构的有机粘土在有机基体聚合的过程中剥离成纳米片，均匀分散在有机基体中，纳米片层结构有利于阻隔氧气、水等发生电化学腐蚀所需条件。

本发明的技术方案是，所述纳米复合防腐涂料各组分的组成为聚氨酯/聚苯乙烯组成比为90/10~10/90，有机粘土含量为聚氨酯与聚苯乙烯总质量的1%~8%。

本发明所述纳米复合防腐涂料的具体制备方法是通过下列过程实现的：

（1）    制备A组分

将一定量的不同分子量聚醚二元醇、蓖麻油、市售有机粘土加入到反应釜中，开始搅拌升温，当温度升至40~60 ℃时，滴加计算量的甲苯二异氰酸酯，1h内加完，然后在60 ℃保温搅拌0.5 h，升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值，当NCO达到2.0~4.0%后，降温至40 ℃，向反应体系中加入定量的苯乙烯，搅拌0.5h，在此温度下真空脱气0.5 h ，即得A组分---聚氨酯预聚体；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量分数之比为8:1~3:1, 甲苯二异氰酸酯的量按异氰酸指数（NCO/OH）=1:1~3:1（摩尔比）加入，有机粘土的量按聚氨酯与聚苯乙烯总质量的1%~8%加入，苯乙烯的量按聚氨酯/聚苯乙烯组成比为90/10~10/90加入。

（2）    制备B组分

    将聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌0.5~1.0 h后，即得B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量分数之比为1:2~1:6，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的1~8%，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.1~0.3%。