一种水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层及其制备方法与应用

本发明涉及涂层防腐，具体涉及一种水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

1、碳钢具有价格便宜、产量高、优异的强度等优点，碳钢是目前应用最为广泛的工程材料之一。然而碳钢在使用过程中，容易遭受到环境中氧气、水蒸气、氯离子等腐蚀介质的作用发生腐蚀，影响其使用及寿命，造成严重的安全隐患、环境污染和巨大的经济损失。据统计，我国每年由腐蚀所造成的年经济损失占全国gdp的5％。

2、防止碳钢腐蚀可以采取许多方法进行控制，目前应用最多的是有机涂层，随着环保要求提高，传统有机涂层越来越不能满足环保的需要。水性环氧涂层以水作为溶剂代替有机溶剂，水性环氧树脂涂料因其优异的理化性能、机械性能和工艺性能，成为当今水性树脂研究和应用的主要方向。然而在环氧树脂固化过程中，溶剂的挥发会在涂层中产生微孔或微裂纹，从而降低涂层的阻隔性能和耐蚀性；在防腐性能上，公开号为cn115584184a的中国专利公布了“一种纳米复合水凝胶改性水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用”，该方法将负载缓蚀剂的nc水凝胶与水性防腐涂料结合，避免缓蚀剂直接与涂料接触，同时基于nc水凝胶的ph敏感性可以控制缓蚀剂sc释放。该技术实现了防腐涂料的被动式阻隔作用和主动防护作用；再如公开号为cn115612376a的中国专利公布了“一种水性涂料的制备方法”，该方法使用5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉电化学改性石墨烯，首先是对石墨烯进行强酸改性，通过混酸处理，在石墨烯表面引入大量的功能性基团，主要为羧酸和环氧键，该功能性基团的引入提升了石墨烯的分散度，使涂层摩擦面的粘结力下降，从而提高了水性涂料的力学性能及降低涂层的摩擦系数；上述现有的水性环氧树脂防腐涂料虽然具有良好的防腐蚀性能，但其制备方法较为复杂，原料获取不易，成本较高，难以实现大规模生产应用，而目前市场上所实际应用的水性环氧涂层的防腐蚀效果普遍较差，因此，开发新型无公害、无污染、高防腐的水性环氧涂层具有很大的研究意义与市场价值。

技术实现思路

1、针对目前水性环氧涂层阻隔性能和防腐蚀能力较差的缺点，本发明提供一种水性环氧涂层，通过att功能化改性h-bn纳米片并作为填料制备水性环氧涂层，解决现有水性环氧涂层阻隔性能和耐腐蚀性差的技术问题。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，按重量分数计，其包括99.5～99.7％的环氧树脂，和0.3～0.5％的纳米复合填料。

4、其中，所述纳米复合填料为2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑复合改性的氮化硼纳米片，所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％，所述氮化硼纳米片在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％。

5、所述的氮化硼纳米片具有高比表面积、良好二维结构能且不导电，添加到涂层中能够形成良好的迷宫效应抑制水分子等渗入，同时不会形成电偶腐蚀。

6、2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑(att)是一种杂环化合物，其能够对氮化硼纳米片进行功能化，att中的氮原子和硫原子可以和氮化硼纳米片发生适当的界面相互作用，提高纳米复合填料在环氧基质中的分散性，同时作为缓蚀剂，具有抑制金属界面腐蚀的作用。

7、本发明将氮化硼纳米片和att相结合添加到水性环氧树脂中，避免了涂层电偶腐蚀的发生，提高了涂层的阻隔性能和耐蚀性，从而对金属进行防护。

8、优选的，所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑在所述纳米复合涂层中的含量为0.25％。

9、优选的，按重量分数计，含有99.5％的环氧树脂和0.5％的所述纳米复合填料。

10、优选的，所述纳米复合填料的制备方法包括以下步骤：

11、(1)机械剥离法制备氮化硼纳米片，具体是，将氮化硼加入到去离子水中，超声分散后得到悬浊液，所述悬浊液依次经离心、过滤、洗涤、干燥得到氮化硼纳米片；

12、(2)去离子水中加入2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑、步骤(1)所述氮化硼纳米片，搅拌反应后，依次经超声、离心、过滤、洗涤、干燥制得所述纳米复合填料。

13、优选的，步骤(1)中所述氮化硼与所述去离子水的质量体积比为0.2g：160～200ml，更优选为0.2g：180ml。

14、优选的，步骤(1)所述超声时间在2～6h，超声温度25～35℃；更优选为在30℃下超声分散4h。

15、优选的，步骤(1)所述离心的转速为2000～4000rpm，更优选为3000rpm；离心时间为20～40min，更优选为30min。

16、优选的，步骤(2)中所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑与所述氮化硼纳米片的质量比例为(0.1～0.3)：(0.1～0.3)；更优选为0.2：0.2。

17、优选的，步骤(2)所述超声的时间为3～5h。

18、优选的，步骤(2)所述离心转速为2000～4000rpm，更优选为3000rpm；所述离心时间为20～40min，更优选为30min。

19、优选的，所述纳米复合涂层的厚度在50～55μm，更优选为50μm。

20、本发明的第二方面在于提供一种所述水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

21、s1、制备所述所述纳米复合填料；

22、s2、将所述复合纳米填料加入到水性环氧树脂中，固化后得到所述纳米复合涂层。

23、优选的，所述固化的温度在40～60℃，更优选为50℃；固化时间8～16h，更优选为12h。

24、本发明还提供了一种所述水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层在金属防腐中的应用。

25、本发明的有益效果为：

26、(1)本发明提供的水性环氧涂层中，以改性氮化硼纳米片和att填料为主要有效成分，其中，氮化硼纳米片是一种二维材料，具有很高的比表面积，在涂层中可以产生迷宫效应，延长水分渗入到金属表面的路径；att也是一种缓蚀剂，能够抑制金属的腐蚀，同时att中的氮原子和硫原子可以和氮化硼纳米片发生适当的界面相互作用，能够对氮化硼纳米片进行功能化，进而提高纳米复合填料在环氧基质中的分散性并抑制金属腐蚀行为的进行。

27、(2)本发明提供的水性环氧涂层，成分天然无毒，使用安全，环境友好，无公害，易降解。

28、(3)本发明提供的水性环氧涂层，原料易得，成本低。

29、(4)本发明提供的水性环氧涂层，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，按重量分数计，其包括99.5～99.7％的环氧树脂，和0.3～0.5％的纳米复合填料。

2.根据权利要求1所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，按重量分数计，所述纳米复合填料为2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑复合改性的氮化硼纳米片；其中，所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％；所述氮化硼纳米片在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％。

3.根据权利要求1所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，所述纳米复合填料的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，步骤(1)中所述氮化硼与所述去离子水的质量体积比为0.2g：160～200ml。

5.根据权利要求3所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，步骤(2)中所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑与所述氮化硼纳米片的质量比例为(0.1～0.3)：(0.1～0.3)。

6.根据权利要求1所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，其特征在于，所述纳米复合涂层的厚度为50～55μm。

7.根据权利要求1-6之一所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度在40～60℃，固化时间8～16h。

9.根据权利要求1-6之一所述的水性环氧-改性氮化硼纳米复合涂层，在金属防腐中的应用。

技术总结
本发明属于涂层防腐技术领域，公开了一种水性环氧‑改性氮化硼纳米复合涂层及其制备方法与应用，所述纳米复合涂层包括99.5～99.7％的环氧树脂，和0.3～0.5％的纳米复合填料；所述纳米复合填料为2‑氨基‑5‑巯基‑1,3,4‑噻二唑复合改性的氮化硼纳米片，所述2‑氨基‑5‑巯基‑1,3,4‑噻二唑在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％，所述氮化硼纳米片在所述纳米复合填料中的重量分数为25～75％。本发明将氮化硼纳米片和ATT相结合添加到水性环氧树脂中，避免了涂层电偶腐蚀的发生，提高了涂层的阻隔性能和耐蚀性，从而对金属进行防护。

技术研发人员：廖伯凯,张思影,陈汇凯,郑楚燕,万闪,郭兴蓬
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13