[发明专利]一种自修复硅烷/海藻酸盐防腐蚀涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型自修复硅烷/海藻酸盐防腐涂层，其为海藻酸盐与有机硅烷相互交联形成的网络结构，制备方法包括以下步骤：(1)对金属基板表面进行预处理；(2)制备硅烷水解液，并施用于金属表面；(3)制备海藻酸钠/硅烷混合溶液，并施用于金属表面，洗涤，烘干，得复合涂层。本发明可以制得均匀、致密的防腐涂层，相较于现有技术，弥补了单一硅烷涂层存在孔隙、裂痕等缺陷，并充分发挥海藻酸钠的功能，实现涂层损伤后自修复，可延缓金属的腐蚀，提高其使用寿命。

本发明涉及金属表面防腐蚀领域，具体涉及一种新型自修复硅烷/海藻酸盐防腐蚀涂层及其制备方法。

背景技术

全球每年因腐蚀造成的金属损失量高达全年金属产量的20％-40％，造成巨大的经济损失。目前最常见的金属腐蚀控制方法是在基材表面涂覆保护层，主要是含铬酸盐和磷酸盐的转化涂层，这种涂层对金属有良好的附着力，具有优异的防腐性能。但是，六价铬有致癌性，磷酸盐会导致水体富养化进而对环境造成危害。因此，开发一种无毒、环境友好的防腐涂层成为大势所趋。硅烷膜涂层的出现极大地推动了防腐技术在全球范围内的广泛应用。

硅烷分子具有特殊的Y-R-SiX₃结构，通常认为，SiX₃基团发生水解反应生成硅羟基(Si-OH)，然后通过硅羟基和金属表面的羟基(M-OH)之间缩合反应形成金属-硅氧烷键(Si-O-M)，进而形成硅烷涂层。并且，硅羟基之间缩合反应形成硅氧烷网络(Si-O-Si)，增加了涂层的稳定性，可以有效阻止电解质的渗透。专利CN 106894013A公开了一种用硅烷在金属表面制备抗腐蚀涂层的方法，制备出均匀平整的有机硅烷涂层。但是单一的硅烷薄膜由于存在微孔、裂缝和交联密度低的区域，一旦涂层遭到损伤，无法自修复，将会加快腐蚀的速度，限制了硅烷膜的发展。但硅烷另一端含有Y基团，可以外接其他分子结构，这为硅烷涂层的修饰性提供了可能。专利CN 109627979A公开了制备石墨烯/硅烷复合膜的方法，通过掺杂石墨烯弥补了单一硅烷膜存在微孔和微裂纹的不足。

但迄今为止，对于具有自修复功能的有机硅烷材料的研究较少，寻求一种无毒无害，能够弥补硅烷膜不够致密的缺陷，并且具有自修复功能的涂层在金属腐蚀应用领域具有巨大的应用前景。生物基质海藻酸盐是海藻提取物，无毒、无害、可降解，近年来，其在生物、医药等方面得到了较好的应用。本发明通过将海藻酸盐与有机硅烷结合，得到一种能够自我修复可实现金属长期防腐的涂层。

发明内容

本发明的目的在于解决上述硅烷涂料的不足，提供一种具有自修复作用的致密海藻酸盐防腐涂层。解决了单一硅烷作为涂层材料存在微孔和裂纹的问题，进一步解决了硅烷/海藻酸盐作为涂层难以在金属表面长期附着的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属表面自修复硅烷/海藻酸盐防腐蚀涂层，所述涂层为海藻酸盐与有机硅烷相互交联形成的网络结构，所述海藻酸盐为二价金属海藻酸盐，包括但不限于海藻酸钙、海藻酸镁、海藻锌中的一种或多种。

一种金属表面自修复硅烷/海藻酸盐防腐蚀涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)对金属表面进行预处理，得到光洁的金属表面；

(2)将硅烷水解液施于预处理的金属基板上；

(3)将硅烷水解液加入到海藻酸钠溶液中，然后加入激活剂，用于激活海藻酸钠中的羧基，同时促进硅烷试剂与海藻酸钠的脱水缩合，加入碱性溶液调节pH值为9-11；

(4)将步骤(3)混合溶液形成的凝胶用提拉法施于硅烷预处理的金属基板上，形成凝胶层；

(5)向凝胶层上缓慢滴加二价金属离子水溶液，得到一层致密、均匀的防腐蚀涂层。

具体地，所述二价金属离子溶液包括但不限于氯化钙、硝酸钙、氯化镁、硝酸镁、氯化锌、硝酸锌中的一种或多种。