[发明专利]一种具有协同防腐效应的自愈合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有协同防腐效应的自愈合涂层及其制备方法，属于金属防腐涂层领域。

背景技术

金属腐蚀会降低金属材料的强度，缩短金属设备的使用寿命，严重者会导致灾难事故和人身伤亡。金属防腐涂层是一种最广泛使用的腐蚀控制方法，约有90%的防腐方法和防腐费用与涂层有关。在多种涂层当中，有机涂层对金属及其合金的保护效果最好。但是，有机涂层在长期使用过程中会发生老化，涂层内部形成微裂纹，随着微裂纹进一步扩展和延伸，涂层会发生鼓泡和剥落，最终导致涂层失效。因此，一种新型的、具有“自愈合能力”的有机涂层应运而生，成为金属防腐涂层领域的研究热点。

目前，人们研究开发的自愈合涂层大致可以分为两种：一种是将封装愈合剂的功能性高分子微球分散在涂层中，当有机涂层遭到破坏，高分子微球由于脆性和毛细管的虹吸作用，会向涂层微裂纹处释放愈合剂，愈合剂遇到特定物质或条件（催化剂、水、氧气、光）发生固化，会填堵涂层的微裂纹，起到愈合涂层的效果；另一种是将包有缓蚀剂的高分子微球或纳米容器分散到涂层中，涂层破裂时，缓蚀剂渗入到金属基体表面，生成一层保护膜，从而防止金属腐蚀。

需要指出的是，目前对于自愈合涂层的研究大多忽略了几个重要的问题：金属的腐蚀是一个电化学过程，一旦涂层破损，腐蚀介质水、氧气、氯离子与金属接触，在金属表面会快速生成腐蚀产物，自愈合涂层中的愈合剂或缓蚀剂会在金属腐蚀发生之前到达金属表面吗？在腐蚀产物上生成的缓蚀剂保护膜效果会不会受到影响？能否在愈合剂或缓蚀剂起到保护效果之前，找到一种暂时防止涂层破裂处金属腐蚀的方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述几个问题，提出一种具有协同防腐效应的自愈合涂层，通过向自愈合涂层中添加一定量的锌粉，在愈合剂或缓蚀剂保护金属之前兼具阴极保护和物理屏蔽效应，本发明的另一目的在于提供了一种具有协同防腐效应的自愈合涂层的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，安全环保，降低了的功能性高分子微球或纳米容器的使用量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有协同防腐效应的自愈合涂层，将封装有缓蚀剂的高分子微球分散到环氧树脂中，再将一定量的球状锌粉和片状锌粉分散到环氧树脂中，保证在缓蚀剂与金属生成保护膜之前，金属受到阴极保护效应而免受腐蚀；联合使用球状和片状锌粉，保证锌粉同时提供阴极保护和物理屏蔽效应。

一种具有协同防腐效应的自愈合涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备包封聚天冬氨酸缓蚀剂的脲醛树脂微球；

（2）将包封聚天冬氨酸缓蚀剂的脲醛树脂微球、球状锌粉、片状锌粉分散到环氧树脂中；

（3）将上述环氧树脂与一定量的环氧树脂固化剂、分散剂、消泡剂混合制成涂层；

（4）将上述涂层涂覆在金属表面形成具有协同防腐效应的自愈合涂层。

作为优选，所述步骤（1）包封聚天冬氨酸缓蚀剂的脲醛树脂微球的制备过程为：

在反应器中加入5-10g尿素、15-30mL水，待尿素全部溶解后加入12-24mL甲醛，用三乙醇胺调节pH值至8左右，调节温度至75℃，反应1-1.5小时，得到粘稠状脲醛树脂预聚物；

称取0.05-0.1g十二烷基苯磺酸钠、0.4-1mL吐温80、0.1-0.3g氯化铵、0.1-0.3g间苯二酚、0.5-1g聚天冬氨酸、30-60mL去离子水，于55℃下搅拌1h形成稳定的水包油型乳液；

将脲醛树脂预聚体与乳液混合，滴加马来酸至混合液pH值为4左右，60℃下反应4-5小时。反应结束后，冷却至室温，加入一定量的去离子水稀释，减压过滤，在40℃鼓风干燥箱中放置两天。

作为优选，所述步骤（2）中的球状锌粉颗粒直径为2-5μm，片状锌粉粒度为2-5μm。

作为优选，所述步骤（2）中的球状锌粉和片状锌粉与环氧树脂的质量比为30-45:1。

作为优选，所述步骤（2）中包封聚天冬氨酸缓蚀剂的脲醛树脂微球与环氧树脂的质量比为1:10。

作为优选，所述步骤（3）中环氧树脂固化剂与环氧树脂的质量比为2:1。

本发明有益效果在于：

本发明具有协同防腐效应的自愈合涂层，涂层中的缓蚀剂聚天冬氨酸与金属生成保护膜之前，涂层中的锌粉对基体金属起到阴极保护效应，金属不发生腐蚀，无腐蚀产物，缓蚀剂与金属生成的保护膜直接覆盖在金属基体上，结合力更好，缓蚀效率更高。

本发明采用的缓蚀剂为聚天冬氨酸，合成工艺简单、成本低廉、无“三废”排放；聚天冬氨酸本身无毒环保，具有生物降解性和阻垢性；