一种自预警防腐涂料、防腐涂层及其在金属材料防腐中的应用

本发明涉及多功能防腐涂层领域，具体涉及一种自预警防腐涂料、防腐涂层及其在金属材料防腐中的应用。

背景技术：

1、金属腐蚀是一个不可避免的自然发生的化学过程。金属保护方法的主要目的就是要阻止或减轻金属腐蚀。

2、在众多的金属保护方法中，防腐涂层是最有效的减轻金属腐蚀的手段之一。防腐涂层是涂在金属表面上的特殊保护层，用于阻止或减轻腐蚀的有害影响。然而，涂层固化过程中形成的微孔和缺陷会导致其缺乏长期防腐性能。

3、针对防腐涂层材料缺乏长期防腐性能的问题，一种金属保护的方法是在防腐涂层中引入二维片层材料，以利用二维片层材料构造“迷宫效应”，提高防腐涂层的屏蔽性能。

4、目前报道的公开号分别为cn116285462a、cn118048061a、cn116948497a的专利申请文件中均涉及了碳纳米片、金刚石纳米片、石墨烯二维片层材料在防腐涂层中的应用。但是，由于以上报道的专利申请所提供的防腐涂层，存在功能单一且材料价格昂贵，因此无法解决大量应用于不同领域工业生产的长效防腐问题。

5、延长涂层防腐性能的另一种方法是在涂层基体中引入缓蚀剂。所述缓蚀剂既可以填充防腐涂层制备过程中由于溶剂蒸发产生的涂层孔隙，使得防腐涂层更加致密；又可以在防腐涂层出现划痕时通过缓蚀剂对防腐涂层进行修复，从而提升涂层的防腐性能。

6、磷酸锆(α-zrp)是近年来发展起来的一种新型多功能层次化材料。由于磷酸锆具有高纵横比和形态可控的分子结构，常被认为是研究二维片层材料的模型，在润滑、耐腐蚀等领域得到了广泛的应用。与传统二维片层材料相比，磷酸锆在更高载荷下表现出更好的承载能力和耐磨性。而且由于磷酸锆具有优异的热稳定性，可以在高温下保持防腐涂层的长效防腐性。

7、另外，将单宁酸(ta)作为缓蚀剂和腐蚀预警剂(腐蚀探针)引入到防腐涂层中，在防腐涂层内部出现微裂纹时可在早期及时发现并修复，有利于实现防腐涂层的腐蚀自预警功能和长效防腐性能。但是，如果直接将缓蚀剂和腐蚀预警剂引入到涂层中，则会出现试剂在防腐涂层中过早释放的情况。为了解决这个问题，通常将缓蚀剂和/或腐蚀预警剂放置在纳米容器中，然后分散在防腐涂层基质中。此外，纳米容器还能有效地改善防腐涂层基体与缓蚀剂和/或腐蚀预警剂的相容性，延长缓蚀剂的释放时间，实现涂层的长效保防护功能。

8、将二维片层材料的阻隔性能与缓蚀剂的缓蚀自预警性能有效结合，并通过涂层结构的优化设计，对实现涂层腐蚀自预警功能及长效防腐性能具有重要的研究意义。

技术实现思路

1、(一)技术问题：

2、(1)现有防腐涂层在固化过程中形成的微孔和缺陷会导致腐蚀介质渗入，使防腐涂层防腐性能不佳；

3、(2)现有防腐涂层的长期防腐性能仍不理想；

4、(3)现有防腐涂层使用过程中无法判断内部的具体腐蚀部位；

5、(4)缺少腐蚀预警及长效防腐的多功能涂层。

6、(二)技术方案：

7、为了解决上述技术问题，本发明在第一方面提供了一种自预警防腐涂料，所述自预警长效防腐涂料包括第一涂料和第二涂料。所述第一涂料包含改性磷酸锆和第一涂层基体；所述第二涂料包含二氧化硅微胶囊和第二涂层基体。所述改性磷酸锆通过利用改性剂对磷酸锆进行改性来制得；所述二氧化硅微胶囊通过利用单宁酸浸渍介孔二氧化硅使得二氧化硅微胶囊的内部负载单宁酸来制得。

8、本发明在第二方面提供了一种用于对金属材料进行防腐处理的方法，所述方法包括将本发明第一方面所述的自预警防腐涂料对金属材料进行涂覆处理的步骤。

9、本发明在第三方面提供了一种自预警防腐涂层，所述自预警防腐涂层采用本发明第二方面所述的方法在金属材料表面形成。

10、相对于现有技术，本发明具有如下技术优势：

11、(1)本发明将改性后的磷酸锆(为二维片层材料)和负载单宁酸的二氧化硅微胶囊分别填充到树脂基体中并分层喷涂，上层的磷酸锆涂层利用片层材料的屏蔽性能起到物理阻隔作用，使得腐蚀介质在渗透初期被有效的阻隔。下层涂层中的二氧化硅微胶囊一方面可以填充树脂固化过程中内部产生的孔隙，使涂层更加致密，使得腐蚀介质难以渗透；另一方面二氧化硅微胶囊所负载的单宁酸可与金属材料例如钢板通过络合反应形成钝化膜，起到缓蚀作用。由于单宁酸只有与金属基底接触后才能形成钝化膜，因此在层状涂层结构中将负载单宁酸的二氧化硅微胶囊添加到涂层底层中。本发明如此利用磷酸锆和单宁酸的协同作用，可以有效地提升涂层的长效防腐性能。经测试，本发明制得的涂层在100天的盐水(例如3.5wt％的nacl水溶液，25℃)浸泡中，eis的阻抗模量(|z|0.01hz)依旧能维持在109ω·cm2以上，而且大多能够维持在在1010ω·cm2以上。

12、(2)本发明将单宁酸浸渍(例如真空浸渍)到介孔二氧化硅中，在腐蚀性溶液渗透涂层的过程中，单宁酸从介孔二氧化硅中释放，与金属钢板发生络合反应(该反应过程可发生颜色变化)。此时，单宁酸作为缓蚀剂和腐蚀探针，可以通过颜色变化感知涂层内部腐蚀部位，使涂层兼有防腐自预警功能。

13、(3)本发明所制备的层状结构的自预警长效防腐涂层，在高温高盐(90℃，12wt％nacl水溶液，120小时)条件下仍能维持较高水平的阻抗模量，具有优异的防腐性能。

技术特征：

1.一种自预警防腐涂料，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的自预警防腐涂料，其特征在于：

8.一种用于对金属材料进行防腐处理的方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

10.一种自预警防腐涂层，其特征在于：

技术总结
本发明提供了一种自预警防腐涂料、防腐涂层及其应用。所述自预警防腐涂料包括第一涂料和第二涂料，所述第一涂料包含改性磷酸锆和涂层基体；所述第二涂料包含二氧化硅微胶囊和涂层基体；所述改性磷酸锆通过利用改性剂对磷酸锆进行改性来制得；所述二氧化硅微胶囊通过利用单宁酸浸渍介孔二氧化硅使得二氧化硅微胶囊的内部负载单宁酸来制得。本发明还提供给了利用所述自预警防腐涂料对金属材料进行防腐处理的方法以及由该方法在金属材料表面形成的自预警防腐涂层。本发明利用磷酸锆的物理阻隔作用和单宁酸的钝化、缓蚀和显色作用，实现了涂层对金属材料的腐蚀自预警和长效防护。

技术研发人员：李海燕,罗红欣,李志科,汪怀远,袁瑞霞,崔业翔,李鑫,石楠奇
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14