一种界面钝化型重防腐粉末涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及重腐蚀环境中防护材料的研制技术，具体为一种界面钝化型重防腐粉末涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石油钻采、炼制、化工、核电、火电、环保、海洋等行业的高温酸液/汽、高温盐水、高温腐蚀性水质易导致防腐材料腐蚀破坏，对生产设备的安全运行造成极大危害。常规的环氧、有机硅、酚醛涂料等在这类重腐蚀环境中使用较短的时间即发生降解破坏，逐渐失去与金属的粘结力，导致涂层防护失效。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种界面钝化型重防腐粉末涂层及其制备方法，解决现有技术中存在的较高温度、高渗透性腐蚀介质的有效防护的难题。

2、本发明的技术方案：

3、一种界面钝化型重防腐粉末涂料，包括如下重量份的组份：

4、乙烷-1,1-双(4-苯基氰酸酯)：30.0～50.0份；

5、酚醛改性环氧树脂：10.0～20.0份；

6、表面氟硅烷改性石墨炔纳米片：2.0～5.0份；

7、mof@mxene：5.0～15.0份；

8、玻璃鳞片：10.0～20.0份；

9、所述mof@mxene为表面生长有含有钴和镍的金属-有机框架材料的mxene纳米片材料。

10、可选地，所述酚醛改性环氧树脂的环氧当量为180g/eq~300g/eq；

11、可选地，所述酚醛改性环氧树脂为npcn-70。

12、可选地，所述表面氟硅烷改性石墨炔纳米片的层数≤10层。

13、可选地，所述界面钝化型重防腐粉末涂料中还包含：

14、流平剂：0.5～1.5份；

15、消泡剂：0.5～1.5份。

16、本技术还提出了上述界面钝化型重防腐粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

17、步骤一）制备表面氟硅烷改性石墨炔纳米片：向ph=4～5的醋酸水溶液中加入浓度为2～4wt%的全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液，得到混合溶液，其中氟硅烷乙醇溶液与醋酸水溶液的质量比为1：3～4；将石墨炔纳米片加入混合溶液中反应得到表面氟硅烷改性石墨炔纳米片，所述石墨炔纳米片与氟硅烷的质量比为1：1~1.5；

18、步骤二）制备mof@mxene：通过氢氟酸刻蚀ti3alcn并超声剥离得到mxene纳米片；将co盐、ni盐、四硫富瓦烯-四苯甲酸配体与所述mxene纳米片混合，通过原位水热法反应得到表面生长有含有钴和镍的金属-有机框架材料的mxene纳米片材料；

19、步骤三）称量各组份原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出后破碎筛分得到粉末涂料。

20、可选地，所述步骤一）中向混合溶液中加入石墨炔纳米片后，在40～60℃下搅拌2～4h；然后进行离心，再用无水乙醇清洗1～3遍；再置于真空炉中50～70℃加热24～36h；加热完成后用研钵研磨，得到表面氟硅烷改性石墨炔纳米片粉体。

21、可选地，所述步骤二）中co盐、ni盐、四硫富瓦烯-四苯甲酸配体的摩尔比为1~1.5：1~1.5：8~12；

22、所述水热法反应的反应条件为在100~150℃的条件下反应6~24 h；

23、所述mof@mxene中mxene纳米片与所述含有钴和镍的金属有机框架材料的质量比为1：0.2~0.8。

24、可选地，所述步骤三）各组份原料加入到双螺杆挤出机中，130℃～150℃熔融混合后挤出，破碎筛分得到粒径为30～40μm的涂层粉料。

25、本技术还提出了上述界面钝化型重防腐粉末涂料的应用。

26、可选地，将金属基体在烘箱中50℃～70℃预热20～30min，然后静电喷涂所述界面钝化型重防腐粉末涂料层，然后在180～200℃烘烤20～30min，取出自然冷却到室温，得到界面钝化型重防腐粉末涂层。

27、可选地，所述的金属基体为碳钢、铝材、镁合金等。

28、本配方涂层中石墨炔和mof@mxene具有催化性能，在180～200℃加热烘烤时，能够催化氰酸酯树脂低温固化；其次，石墨炔和mof@mxene具有导电性，在加热烘烤时能够钝化接触的金属基体，形成一层致密的氧化膜，进一步提升金属的耐蚀性能；此外，石墨炔具有良好的nacl滤除能力，能有效阻止cl-在涂层中渗透；最后，石墨炔和mof@mxene都是二维结构，在涂层中能够形成迷宫网络，延长腐蚀介质扩散路径，提高涂层耐蚀性能。

29、本技术采用一个具体的实施方案如下：

30、制备氟硅烷改性的表面改性石墨炔纳米片粉体：石墨炔纳米片为≤3层的少层石墨炔纳米片，或5～10层的多层石墨炔纳米片，表面改性石墨炔纳米片的表面改性过程如下：采用醋酸将去离子水ph值调整到4～5形成醋酸溶液，配制浓度为2～4wt%的全氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液，取占醋酸溶液1/4～1/3重量的氟硅烷乙醇溶液，将其加入醋酸溶液中，室温搅拌30～40min；加入石墨炔纳米片，在40～60℃下搅拌2～4h；之后进行离心，并用无水乙醇清洗1～3遍，放到真空炉中50～70℃加热24～36h；用研钵研磨，得到氟硅烷改性的表面改性石墨炔纳米片粉体。

31、mof由co、ni双金属中心原子和四硫富瓦烯-四苯甲酸配体组成；mxene为ti3cntx纳米片。其制备过程如下：通过氢氟酸刻蚀ti3alcn并超声剥离得到成分为ti3cntx的mxene纳米片。之后将co盐、ni盐和四硫富瓦烯-四苯甲酸配体与mxene纳米片混合，通过原位水热法在mxene表面生长cn-mof（含有钴和镍的mof），得到mof@mxene核壳结构材料。

32、界面钝化型重防腐粉末涂层的制备方法，具体步骤如下：

33、（1）粉料制备：按重量份数计，将乙烷-1,1-双(4-苯基氰酸酯)：50.0～70.0份、表面改性石墨炔：2.0～5.0份、mof@mxene：5.0～15.0份、玻璃鳞片：10.0～20.0份、流平剂：0.5～1.5份、消泡剂：0.5～1.5份加入到双螺杆挤出机中，130℃～150℃熔融混合后挤出，破碎筛分得到粒径为30～40μm的涂层粉料。

34、（2）涂层制备首先将金属基体在烘箱中50℃～70℃预热20～30min，然后静电喷涂粉料，将样板放到烘箱中，180～200℃烘烤20～30 min，取出自然冷却到室温，得到界面钝化型重防腐粉末涂层。

35、本发明的设计思想是：

36、（1）不同于传统的涂层物理屏蔽方式，本发明在涂层中添加具有催化性及导电性的特种材料（石墨炔和mof@mxene），在加热时，该填料与金属基体接触后能钝化金属基体，形成一层致密的氧化层，防止金属的腐蚀。

37、（2）利用石墨炔对nacl的高效滤除效果，阻止或延缓盐水盐雾等腐蚀介质在涂层中的扩散。

38、（3）石墨炔和mof@mxene等填料具有催化性能，它们能够降低氰酸酯的固化活化能，使其在180～200℃下交联固化，氰酸酯的三嗪环状交联网络和石墨炔、mof@mxene的片状结构使涂层内形成“迷宫状”物理屏蔽网络，进一步阻止了腐蚀介质的渗透。该涂层为钝化型耐蚀涂层，具有良好的耐高温酸性腐蚀、粘结强度、抗力学破坏、抗射线辐射等。界面钝化型重防腐粉末涂层将在工业领域发挥重要的作用，这种具备催化性能及对金属界面钝化，并构成“迷宫状”物理交联网络等多种功能提高涂层耐蚀性的新型复合涂层未见报道。

39、本发明的优点及有益效果如下：

40、1、本发明的涂层为一种粉末涂层，相比水性或油性涂层，不产生voc排放。

41、2、本发明制备成可长期在较高温度重腐蚀性环境中使用的界面钝化型重防腐粉末涂层，该涂层具有耐重腐蚀、高抗渗、抗温变等优点。

42、3、本发明设计一种金属表面钝化策略，通过特种导电性复合材料的高电子迁移率，实现加热过程中金属基体的钝化，提高整体耐腐蚀性能。

43、4、本发明中涉及的石墨炔类填料能够有效地滤除nacl，阻止含cl-的腐蚀介质在涂层中的渗透。

44、5、本发明中使用的金属钝化剂是mof@mxene二维材料，与氰酸酯树脂的三嗪环结构形成致密的“迷宫状”交联网络，进一步阻止腐蚀介质在涂层中的渗透。