防腐填料、水性环氧防腐涂料及其制备方法

本申请属于水性涂料，具体涉及一种防腐填料、水性环氧防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

1、表面涂层技术是解决金属腐蚀问题的最简便有效的对策之一，已被广泛应用于工业领域，以保护金属免受腐蚀介质的影响，从而提高金属耐腐蚀性。

2、在金属防腐有机涂料中，环氧树脂由于具有优越的化学惰性、卓越的防腐性能、出色的机械性能和对金属基材的良好附着力，被广泛用于保护金属免受腐蚀。但目前常用于防腐蚀的环氧树脂通常是溶剂型树脂，它含有一定比例的挥发性化合物，对环境和人类健康极为有害。因此，出于对环境和人类健康的考虑，必须从溶剂型环氧涂料转变为生态友好的水性环氧涂料。

3、然而，水性环氧防腐涂料的长期防腐蚀性能并不令人满意。在涂层形成过程中，由于含有亲水性的物质引起的稳泡，一些微孔不可避免地在水性环氧防腐涂层中形成。此外，水性环氧涂层内残留的亲水基团和表面活性剂会在水性环氧涂层固化后降低其耐水性和防腐性能。这些内在的问题使得腐蚀离子和水分子在涂层的使用过程中很容易渗透至水性环氧涂层/基体界面，严重削弱了涂层的物理屏障，缩短了涂层的使用寿命。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种防腐填料、水性环氧防腐涂料及其制备方法，以解决现有技术中存在的水性环氧防腐涂料的长期防腐蚀性能较差的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：

3、提供一种防腐填料的制备方法，包括：

4、将磷酸锆剥离活化，得到改性磷酸锆；

5、以所述改性磷酸锆为载体，通过高锰酸钾和硫酸锰的水热反应，得到金属氧化物掺杂磷酸锆；

6、以所述金属氧化物掺杂磷酸锆为原料与活性基团改性剂进行接枝反应，得到所述防腐填料；

7、其中，所述活性基团改性剂包括巯基基团、氨基基团、羧基基团和磷酸基团中的一种或多种基团。

8、在一个或多个实施方式中，所述将磷酸锆剥离活化，得到改性磷酸锆的步骤包括：

9、将磷酸锆和三羟甲基氨基甲烷分散在去离子水中，超声后加入盐酸多巴胺，搅拌均匀后抽滤、洗涤，得到所述改性磷酸锆；

10、其中，所述磷酸锆、三羟甲基氨基甲烷和盐酸多巴胺的重量比为(0.1～0.3)：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)。

11、在一个或多个实施方式中，所述磷酸锆包括α-磷酸锆、β-磷酸锆、γ-磷酸锆中的一种或多种组合。

12、在一个或多个实施方式中，所述以所述改性磷酸锆为载体，通过高锰酸钾和硫酸锰的水热反应，得到金属氧化物掺杂磷酸锆的步骤包括：

13、将所述改性磷酸锆、高锰酸钾和硫酸锰分散于去离子水中，超声后转移至反应釜中，进行水热反应，反应后依次抽滤、洗涤、烘干、煅烧、研磨，得到所述金属氧化物掺杂磷酸锆。

14、在一个或多个实施方式中，所述将所述改性磷酸锆、高锰酸钾和硫酸锰分散于去离子水中，超声后转移至反应釜中，进行水热反应，反应后依次抽滤、洗涤、烘干、煅烧、研磨的步骤中：

15、所述水热反应的反应温度为160℃，反应时间为12h，所述煅烧的温度为300～500℃，煅烧时间为2h；所述改性磷酸锆、高锰酸钾和硫酸锰的重量比为(0.2～1)：(1～4)：(0.1～0.5)。

16、在一个或多个实施方式中，所述活性基团改性剂包括l-半胱氨酸、l-组氨酸、右旋糖酐衍生物中的一种或多种组合。

17、在一个或多个实施方式中，以所述金属氧化物掺杂磷酸锆为原料与活性基团改性剂进行接枝反应，得到所述防腐填料的步骤包括：

18、将所述金属氧化物掺杂磷酸锆和活性基团改性剂分散在去离子水中，依次超声、搅拌、抽滤和烘干，得到所述防腐填料；

19、其中，所述金属氧化物掺杂磷酸锆和所述活性基团改性剂的重量比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

20、为实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：

21、提供一种采用上述任一实施方式所述的制备方法制备得到的防腐填料。

22、为实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：

23、提供一种水性环氧防腐涂料，包括上述任一实施方式所述的制备方法制备得到的防腐填料。

24、在一个或多个实施方式中，还包括水性环氧树脂和水性固化剂，所述水性环氧树脂、水性固化剂、防腐填料的重量比为27：9：(0.5～1.5)。

25、区别于现有技术，本申请的有益效果是：

26、本申请的防腐填料以磷酸锆为原料，对磷酸锆进行剥离和活化，从而提高磷酸锆与聚合物的兼容性，使磷酸锆表面提供更多的活性位点；之后采用纳米金属氧化物进行掺杂，磷酸锆掺杂有纳米金属氧化物后应用至涂料中时，能将进入涂层的氧分子转换为活性氧原子，在基材表面形成钝化膜，有助于提高长期抗腐蚀性能，此外，纳米金属氧化物颗粒的存在也有助于阻挡涂层中的孔隙和缝隙，从而阻碍涂层/金属界面的腐蚀启动过程；之后接枝活性基团，通过活性基团改性剂的化学修改，能够有效增强磷酸锆与聚合物树脂的亲和力，在应用至涂料中时能够进一步改善涂层中纳米颗粒的分散性，增强磷酸锆与水性环氧树脂间的界面相互作用，减少水性防腐涂料内部的缺陷与空隙，增强水性防腐涂层的屏蔽性能，另外，接枝有活性基团的磷酸锆能够更容易地吸收在钢铁表面，产生具有卓越的腐蚀抑制作用的纳米混合薄膜钝化层；

27、本申请的水性环氧防腐涂料在活性基团和金属氧化物协同作用下，添加活性基团和金属氧化物化学掺杂磷酸锆的水性环氧防腐涂层可在基板表面形成致密的钝化膜，具备良好的防腐耐久性能。

技术特征：

1.一种防腐填料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将磷酸锆剥离活化，得到改性磷酸锆的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锆包括α-磷酸锆、β-磷酸锆、γ-磷酸锆中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述以所述改性磷酸锆为载体，通过高锰酸钾和硫酸锰的水热反应，得到金属氧化物掺杂磷酸锆的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将所述改性磷酸锆、高锰酸钾和硫酸锰分散于去离子水中，超声后转移至反应釜中，进行水热反应，反应后依次抽滤、洗涤、烘干、煅烧、研磨的步骤中：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性基团改性剂包括l-半胱氨酸、l-组氨酸、右旋糖酐衍生物中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述金属氧化物掺杂磷酸锆为原料与活性基团改性剂进行接枝反应，得到所述防腐填料的步骤包括：

8.一种采用权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的防腐填料。

9.一种水性环氧防腐涂料，其特征在于，包括权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的防腐填料。

10.根据权利要求9所述的水性环氧防腐涂料，其特征在于，还包括水性环氧树脂和水性固化剂，所述水性环氧树脂、水性固化剂、防腐填料的重量比为27：9：(0.5～1.5)。

技术总结
本申请公开了一种防腐填料、水性环氧防腐涂料及其制备方法，防腐填料的制备方法包括：将磷酸锆剥离活化，得到改性磷酸锆；以所述改性磷酸锆为载体，通过高锰酸钾和硫酸锰的水热反应，得到金属氧化物掺杂磷酸锆；以所述金属氧化物掺杂磷酸锆为原料与活性基团改性剂进行接枝反应，得到所述防腐填料。本申请对磷酸锆进行剥离和活化，使表面提供更多的活性位点；磷酸锆掺杂有纳米金属氧化物能将进入涂层的氧分子转换为活性氧原子，在基材表面形成钝化膜，有助于提高长期抗腐蚀性能；活性基团改性剂的化学修改有效增强磷酸锆与聚合物树脂的亲和力，改善分散性，增强界面相互作用，减少涂料内部的缺陷与空隙，增强屏蔽性能。

技术研发人员：汪怀远,林丹,王瑞涛,王子华,毛宇超,裴鲁超,倪惺惺
受保护的技术使用者：天津大学浙江研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14