一种含纳米载体的自检测防腐涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种防腐涂料及其制备方法，属于化工领域。

背景技术：

有机涂层是目前在生产中最常用的金属表面防腐方法。但是当经过长时间使用后，金属表面上的有机涂层由于保护基底发生腐蚀从而导致基底与涂层间产生剥离，进而导致有机涂层保护功能的失效。当金属表面的腐蚀过程中产生肉眼可见的腐蚀产物时，腐蚀程度已经十分严重，所以如果有一种能进行自我检测并能够在腐蚀的前期进行警示的涂料，把它应用于金属表面防腐将会大大提高金属的防腐效果。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种含纳米载体的自检测防腐涂料及其制备方法和应用。

本发明提供了一种含纳米载体的自检测防腐涂料，具有这样的特征，包括自检测显色物质、纳米载体以及成膜基质。

在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料中，还可以具有这样的特征：其中，自检测显色物质为百里酚蓝、荧光素、羟基喹啉、1,10邻菲罗啉(1,10-Phenanthroline)、1,10邻菲罗啉五氨基(1,10-phenanthroline-5-amine)以及酚酞中的任意一种或其混合物。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料中，还可以具有这样的特征：其中，纳米载体为石墨烯、纳米氮化硼、纳米粘土和层状双氢氧化物片层中的任意一种或其混合物，纳米载体的质量百分比为0.4％～4％。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料中，还可以具有这样的特征：其中，成膜基质为水性有机树脂。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料中，还可以具有这样的特征：其中，水性有机树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂和水性环氧树脂中的任意一种或其混合物，水性有机树脂的质量百分比≥94％。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料中，还可以具有这样的特征：其中，自检测显色物质的质量百分比为0.2％～2％。

另外，本发明提供了一种上述含纳米载体的自检测防腐涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，制备纳米载体并配置成一定比例浓度的纳米载体水溶液；

步骤二，将纳米载体水溶液与自检测显色物质按比例混合得到第一混合液；

步骤三，将第一混合液进行超声分散后得到第二混合液；

步骤四，抽滤去除第二混合液中未反应溶液后得到固态物质，将固态物质加水后配比成一定比例的第三混合液；

步骤五，将第三混合液与成膜基质混合得到防腐涂料。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料的制备方法，还可以具有这样的特征：

其中，步骤一中，制备纳米载体并配置成标准浓度为1mg/ml～5mg/ml的纳米载体水溶液；

步骤二中，将纳米载体溶液与自检测显色物质按质量比0.9～3.5：0.3～1.8的比例混合得到第一混合液；

步骤四中，将固态物质加水后配比为1mg/ml～5mg/ml的第三混合液；

步骤五中，成膜基质的质量百分比≥94％。

另外，本发明还提供了一种上述含纳米载体的自检测防腐涂料在金属表面上的应用。

另外，在本发明提供的含纳米载体的自检测防腐涂料在金属表面上的应用中，其特征在于包括以下步骤：

S1，在含纳米载体的自检测防腐涂料中加入去离子水，将涂料总固体物质的质量百分比调整到10％～30％；

S2，将S1中加入去离子水后的涂料涂在金属板表面上形成膜；

S3，将S2中表面涂有涂料的金属在100℃～120℃温度下进行烘干处理，烘干时间为20～40分钟后取出金属板，得到在金属板表面形成的涂层。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种含纳米载体的自检测防腐涂料，用于涂覆在钢板表面来防止钢板腐蚀，其特征在于，包括自检测显色物质、纳米载体以及成膜基质。本发明创新性提出采取纳米装载技术用来制备一种智能涂料，作为自检测显色物质的载体，具有装载并适时释放显色剂的功能，所以本发明所涉及的一种含纳米载体的自检测防腐涂料能在钢板腐蚀反应发生的初期发生肉眼可见的颜色变化，起到自动检测和预警的作用，此外，该涂料还具有优异的防腐蚀性能，同时在该涂料的配方中以及在该涂料的制备过程中，都没有使用挥发性有机物，属于环保涂料。

附图说明

图1是本发明的实施例一中铁板表面刚发生腐蚀时涂层的自检测显色功能的照片；

图2是本发明的实施例一中腐蚀时间延长后，涂层的自检测显色功能的照片；

图3是本发明的实施例一、二、三中，未加入Fe²⁺离子前的涂料颜色的照片；以及

图4是本发明的实施例一、二、三中，加入Fe²⁺离子后的涂料颜色的照片。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种含纳米载体的自检测防腐涂料及其制备方法作具体阐述。

<实施例一>

本实施例的含纳米载体的自检测防腐涂料制备方法以及应用包括以下步骤：

步骤一，运用改良Hummer’s方法进行制备氧化石墨烯，并配置成浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。

步骤二，将氧化石墨烯水溶液与1,10邻菲罗啉按质量比2：1的比例混合得到第一混合液。

步骤三，将第一混合液在超声功率为300W的超声仪中进行超声分散10分钟后得到第二混合液。

步骤四，抽滤去除第二混合液中未反应溶液后得到固态物质，将固态物质加水后配比成2mg/ml的第三混合液。

步骤五，将第三混合液与水性聚氨酯树脂混合得到防腐涂料，其中，涂料总固体物质中树脂质量百分比为99.4％，氧化石墨烯质量百分比0.4％，1,10邻菲罗啉质量百分比0.2％。

步骤六，在上述防腐涂料中加入去离子水将涂料总固体物质的质量百分比调整到20％。

步骤七，将步骤六中加入去离子水后的涂料用棒涂法涂在铁板表面形成膜后放入烘箱，在110℃温度下进行烘干处理，30分钟后取出，得到在铁板表面形成的涂层。

<实施例二>

本实施例的含纳米载体的自检测防腐涂料制备方法以及应用包括以下步骤：

步骤一，运用改良Hummer’s方法进行制备氧化石墨烯，并配置成浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。

步骤二，将氧化石墨烯水溶液与1,10邻菲罗啉五氨基按质量比2：1的比例混合得到第一混合液。

步骤三，将第一混合液在超声功率为300W的超声仪中进行超声分散10分钟后得到第二混合液。

步骤四，抽滤去除第二混合液中未反应溶液后得到固态物质，将固态物质加水后配比成2mg/ml的第三混合液。

步骤五，将第三混合液与水性聚氨酯树脂混合得到防腐涂料，其中，涂料总固体物质中树脂质量百分比为94％，氧化石墨烯质量百分比4％，1,10邻菲罗啉五氨基质量百分比2％。

步骤六，在上述防腐涂料中加入去离子水将涂料总固体物质的质量百分比调整到20％。

步骤七，将步骤六中加入去离子水后的涂料用棒涂法在涂在铁板表面形成膜后放入烘箱，在110℃温度下进行烘干处理，30分钟后取出，得到在铁板表面形成的涂层。

<实施例三>

本实施例的含纳米载体的自检测防腐涂料制备方法以及应用包括以下步骤：

步骤一，运用改良Hummer’s方法进行制备氧化石墨烯，并配置成浓度为2mg/ml的氧化石墨烯水溶液，再加入不超过石墨烯质量的0.3倍的水合肼，得到对氧化石墨烯进行部分还原后的石墨烯水溶液。

步骤二，将上述部分还原后的石墨烯水溶液与1,10邻菲罗啉按质量比2：1的比例混合得到第一混合液。

步骤三，将第一混合液在超声功率为300W的超声仪中进行超声分散10分钟后得到第二混合液。

步骤四，抽滤去除第二混合液中未反应溶液后得到固态物质，将固态物质加水后配比成2mg/ml的第三混合液。

步骤五，将第三混合液与水性聚氨酯树脂混合得到防腐涂料，其中，涂料总固体物质中树脂质量百分比为97％，氧化石墨烯质量百分比2％，1,10邻菲罗啉质量百分比1％。

步骤六，在上述防腐涂料中加入去离子水将涂料总固体物质的质量百分比调整到20％。

步骤七，将步骤六中加入去离子水后的涂料用棒涂法在涂在铁板表面形成膜后放入烘箱，在110℃温度下进行烘干处理，30分钟后取出，得到在铁板表面形成的涂层。

根据上述实施例一至实施例三所制备的不同还原程度的石墨烯以及不同自检测显色物质形成的复合材料水溶液的化学性能非常稳定性，该复合材料水溶液放置48小时后均没有观察到明显的分层现象发生。同时，以上制备的负载有自检测显色形成的石墨烯与水性聚氨酯混合后的涂料化学性能也十分稳定，涂料该放置48小时后，也没有观察到明显的分层现象发生。

图1是本发明的实施例一中铁板表面刚发生腐蚀时涂层的自检测显色功能的照片。

如图1所示，可以看出铁板在室温棒涂后，铁板的涂层保持了很好的透明性，在铁板发生腐蚀初期即产生了肉眼可见的颜色变化，涂料的显色反应灵敏。

图2是本发明的实施例一中腐蚀时间延长后，涂层的自检测显色功能的照片。

如图2所示，图中的铁板为实施例一中棒涂涂料后浸泡在含有3.5％的NaCl水溶液1天后的铁板，可以看出铁板的涂层出现了明显的变色现象，说明基底金属发生了大面积腐蚀，也证明了实施例一制备的涂料具有自检测显色功能。

图3是本发明的实施例一、二、三中，未加入Fe²⁺离子前的涂料颜色的照片。

如图3所示，图3中图面从左到右依次为实施例一、实施例二及实施例三未加入Fe²⁺离子前的含有自检测显色物质的涂料，可以看出涂料十分稳定，也表明加入了含有纳米载体负载的自检测显色物质的智能涂料并没有改变涂料稳定性。

图4是本发明的实施例一、二、三中，加入Fe²⁺离子后的涂料颜色的照片。

如图4所示，图4中图面从左到右依次为实施例一、实施例二及实施例三加入Fe²⁺离子后的含有自检测显色物质的涂料，产生了明显的颜色变化。这表明由纳米装载技术制备的含有自检测显色物质的智能涂料有效地解决了显色剂在涂料中的装载、分散和释放等问题，并同时保留了显色剂本身的特征，可以用来制备具有良好耐蚀性的自检测显色功能的涂料及其涂层。

实施例的作用与效果

在本发明的优选实施例中，纳米载体选择石墨烯。石墨烯可以选自氧化石墨烯、部分还原的氧化石墨烯和经表面化学修饰的石墨烯。在更优选的实施例中，石墨烯采用氧化石墨烯，例如可以采用由改良Hummer’s方法制备的氧化石墨烯溶液形式。通过部分还原或表面化学修饰石墨烯来调控石墨烯表面的功能团，从而控制纳米载体对于自检测显色分子的负载功能。在本发明的优选实施例中，部分还原的氧化石墨烯可以通过使用还原剂来制备。还原剂可以选自肼及其衍生物、维生素C和葡萄糖。在石墨烯采用由改良Hummer’s方法制备的氧化石墨烯溶液形式的情况下，还原剂优选采用微量(小于氧化石墨烯的质量)的水合肼。石墨烯及其衍生物兼具良好物理阻隔性能，以及超大比表面积。一方面可作为涂层中的阻隔物，增强涂层的耐蚀性；另一方面，作为自检测显色分子的载体，起到装载并适时释放显色剂的功能。

另外，在本发明的优选实施例中，自检测显色分子可以选自1,10邻菲罗啉(1,10-Phenanthroline)、1,10邻菲罗啉五氨基(1,10-phenanthroline-5-amine)酚酞、百里酚蓝、荧光素以及羟基喹啉中的一种。在更优选的实施例中，自检测显色分子可以采用1,10邻菲罗啉，通过提供1,10邻菲罗啉而提供自检测显色。

进一步地，在本发明的优选实施例中，所得涂料的固含量控制在20％左右，以获得最佳成膜性以及涂层表面的平整性。

更进一步地，本发明的涂料在涂覆在金属表面之后通常需要进行烘干处理以形成相应涂层，烘干处理优选是在100℃至120℃下执行，烘干时间为20至40分钟，这种烘干条件可以保证所得涂层的稳定性并将其自修复性做到最佳。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。