一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料，按质量百分比组成如下：硫酸铬2～10％、硫酸钡2～8％、磷酸锌0.1～2％、四氧化三铁0.5～5％、三氧化二铁0.1～2％、阿尔法羧基氧化铁0.5～4％、纳米碳酸钙3～7％、磷酸5～10％、蒙脱土0.5～3％、纳米有机钛基体聚脲树脂60～80％。本发明是在传统金属材料表面形成致密的、具有优异保护性内锈层；在加速金属材料结构稳定性锈层形成的基础上形成耐环境腐蚀的、具有稳定的内锈层，具有非常高的耐腐蚀的能力而且不需要重复维护；以硫酸铬为主的改性剂，能使改性涂料内锈层生成具有非晶、纳米晶的铬代羟基铁铬长久性耐蚀层，实现内锈层的自修复功能。
【专利说明】一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料的制备方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种耐蚀涂料及其制备方法，特别是涉及钢结构表面耐腐蚀涂料，根 据对金属材料腐蚀成膜的机理，应用电化学反应的原理，在涂敷后自然条件下与金属材料 表面发生电化学反应，形成致密耐蚀的非晶、纳米晶内锈层，如果内锈层被划伤破坏，根据 化学和电化学反应原理还能生成新的致密非晶、纳米晶内锈层，实现致密内锈层的自修复 功能，以达到长效耐蚀的目的。 【背景技术】
[0002] 材料是国家建设与社会生存发展的物质基础，绝大部分材料在自然环境（大气、 水、土壤）中使用，在环境与介质的作用下材料都会发生腐蚀或老化现象，最后导致材料失 效。腐蚀与老化是一个漫长过程，往往不受到重视，一般来说，发达国家因材料腐蚀造成的 损失占其GDP的4%左右。据中国工程院最近调查，我国由于腐蚀受到的直接、间接经济损 失每年达5000亿元之巨，其中80%以上的损失是由自然环境腐蚀造成的。同时腐蚀产物 和报损的材料与制品对自然环境也带来了严重的影响。因此世界各国都高度重视材料及其 制品服役过程中环境适应性的研究，积极开展材料在典型自然环境中的腐蚀数据积累和试 验研究，掌握各类材料在自然环境中的腐蚀行为与规律，这对于控制材料的环境腐蚀，减少 经济损失具有十分重要的意义。腐蚀过程和结果实际造成了地球有限资源和能源的极大浪 费，对自然环境污染严重，尤其是当前国家高速发展过程中对基础实施的大量投入，像高速 铁路、跨海大桥、码头集装箱、西气东输、南水北调、风力发电、海上平台等都必须对金属结 构件进行涂装。
[0003] 我国疆域辽阔，自然环境复杂，南北分布在7个气候带上，有7中典型大气环境 (农村、城市、工业、海洋、高原、沙漠、热带雨林）；五大水系（黄河、长江、珠江、松花江和淮 河）；4个海域（渤海、黄海、东海和南海）以及40多种土壤类型。这对钢结构的防腐涂层 提出了更为苛刻的要求，这些普通的防腐涂层是难以胜任的。一般防腐涂层2?3年便要 维修一次，涂装工艺也较为复杂，由此带来的经济和社会成本非常之高。当前采用涂料防腐 的基本原理是使金属结构件表面隔离潮湿空气，但普通涂料与基体的结合力是分子之间的 结合，涂层与基体不发生电化学反应，因此当前采用的涂料与基体的结合力差。
[0004] CN102784598A本发明涉及一种用于金属板长效防腐的自修复纳米复合溶胶的制 备方法。无机瓷膜涂层耐腐蚀时间（耐盐雾测试时间）可延长30%，但需经过高温固化，不 适合大规模涂敷。
[0005] CN102633471A本发明涉及一种用于混凝土结构用钢材防护与修复的绿色环保涂 层及其制备方法，该涂层是由有机阻锈剂、赋予水泥基材料韧性和防水密封功能的热塑性 或热固性树脂、水泥、表面活性剂、超细纤维及水组分复合而成。该技术方案适用于长期暴 露在外的钢材表面防护和高耐久性混凝土结构用钢筋的表面涂覆防护，但其耐蚀能力还有 待提升。
[0006] CN101629030本发明提供一种高耐候性、自修复性涂层，是将单体光固化树脂添加 到涂料体系中，分散均匀后喷涂或刷涂成膜，得到具有较高耐候性和自修复性能的涂层。利 用太阳光的紫外光和空气中氧气的共同作用，以光固化树脂吸收部分紫外光而延缓涂层老 化，同时利用导致涂层老化的紫外光作为激发信号，促使涂层中添加的光固化树脂的涂层 表层发生光固化反应形成新涂层，阻止涂层的老化破坏，提高耐候性并实现涂层的自修复， 其实现表层的修复，而不是涂层和基体界面的修复，对涂层抗老化性有一定提升，但对抗腐 蚀性能不一定有改善。
[0007] CN101613543本发明公开了一种金属表面缓蚀和自修复涂层。利用聚电解质自组 装膜的渗透可控性，采用层层自组装技术，通过绿色环保型金属缓蚀剂小分子与聚电解质 在二氧化硅纳米粒子表面，将缓蚀剂分子与聚电解质交替沉积，制得表面包覆缓蚀剂与聚 电解质自组装复合膜的功能性纳米粒子；制备完成的功能性纳米粒子与溶胶-凝胶混合， 制成功能性溶胶-涂胶涂覆于待保护金属表面。但是溶胶-凝胶法受条件限制不能够实现 大面积复杂结构的金属表面施工。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种钢结构用非晶、纳米晶自 修复涂层及材料的制备方法。
[0009] 为了实现上述的发明目的，本发明所采用的技术方案是：
[〇〇1〇] 一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料，按质量百分比组成如下：
[0011] A组分：硫酸铬2?10 %、硫酸钡2?8%、磷酸锌0. 1?2%、四氧化三铁0. 5? 5%、三氧化二铁0. 1?2%、阿尔法羧基氧化铁0. 5?4%、纳米碳酸钙3?7%、磷酸5? 10 %、蒙脱土 0. 5?3 %、纳米有机钛基体聚脲树脂60?80 % ;
[0012] B组分：拜耳N3390三聚体固化剂（NC0含量=19. 6±0· 3%;固含量=90±1% );
[0013] A、B组分的使用配比按以上数学公式计算：
[0014]
【权利要求】
1. 一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料，其特征在于：按质量百分比组成如 下： A组分：硫酸铬2?10 %、硫酸钡2?8 %、磷酸锌0. 1?2 %、四氧化三铁0. 5?5 %、 三氧化二铁〇. 1?2 %、阿尔法羧基氧化铁0. 5?4 %、纳米碳酸钙3?7 %、磷酸5?10 %、 蒙脱土 0. 5?3%、纳米有机钛基体聚脲树脂60?80% ; B组分：拜耳N3390三聚体固化剂（NCO含量=19. 6±0. 3% ;固含量=90±1% ); A、B组分的使用配比按以下数学公式计算： 式中：
OH值一PU含羟基树脂羟值，mgKOH/g 561-常数 42. NC0当量 100. PU含羟基树脂设定固体量。
2. 根据权利要求1所述的一种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料，其特征在 于：所述涂料与钢铁底材反应后的改性涂料内锈层生成具有非晶、纳米晶的铬代羟基铁铬 a - (Fei_xCrx) 00H长久性耐蚀层。
3. -种钢结构用非晶、纳米晶自修复涂层及材料的制备方法，其特征在于： 51、 根据产品的使用要求计算出的各主料成分质量分数进行配制； 52、 将配制好的混合物进行分散、球磨、过滤； 53、 将过滤后的产品检测后分装，最后添加固化剂即可使用。
【文档编号】C23C22/03GK104060272SQ201410261869
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】卞直兵, 乔利杰, 戴海雄, 张驰, 庞晓露 申请人:江苏金陵特种涂料有限公司