一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层及其制备方法和应用与流程

本发明涉及防腐涂层，具体而言，涉及一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、防腐涂层技术是一种高效低成本的腐蚀防护技术，常被用来进行金属基底的腐蚀防护，在实际工程环境中应用广泛。目前，发展智能化、环境友好、轻量化、长效的防腐涂层成为主流的发展趋势。防腐涂层与基底的结合力是影响其腐蚀防护能力的一个重要因素，提高涂层与基底的结合力可有力提高涂层的长效耐蚀性。涂层的轻量化是涂料研发一个重要的发展趋势，由于涂层在船舶上使用的面积较大，因此用量不可小觑。涂层的轻量化可为实现船舶的轻量化贡献一份重要的力量。船舶的轻量化能显著地提高船舶单位重量的装载量或航行速度，有效地实现节能、降耗、减排，并明显提升现代海战的远程快速部署能力；总之，现有技术中存在防腐涂层与基体结合力差、涂层在船舶上使用面积大，防腐涂层很难轻量化的问题。

2、贝壳珍珠层凭借着其多尺度高度有序的“砖-泥”层状结构，能将脆弱的碳酸钙矿物和柔软的高分子组装集成为同时强、韧的先进纳米复合材料。在之前的报导中，研究者基于二维片状材料研发了仿珍珠母结构的轻质高强膜层材料，具有出色的光学、力学、屏蔽紫外线、抗烧蚀等诸多性能，而这种性能优越的膜层材料还未应用于防腐领域。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层及其制备方法和应用。以解决现有技术中存在防腐涂层与基体结合力差、涂层在船舶上使用面积大，防腐涂层很难轻量化，以及现有的仿珍珠母结构还未应用在防腐领域的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：制备二维片状材料caal-ldh-mbt；

5、s11、配置0.2-0.6mol/l的ca(no3)2溶液和0.1-0.3mol/l的al(no3)3溶液的混合溶液a、1-2mol/l的nano3溶液和1-3mol/l的naoh溶液的混合溶液b、0.05-0.2mol/l的2-巯基苯丙噻唑溶液和0.05-0.2mol/l的naoh溶液的混合溶液c；

6、s12、将装有溶液b的容器放置油浴锅中，温度设定为50～70℃，将a溶液以每秒钟每滴的速度滴加至溶液b中，磁力不断搅拌；

7、s13、滴定完毕后将所得悬浊液产物转移至水热釜中，水热釜置于烘箱中，烘箱温度设为100-150℃，反应时间为12-36h；

8、s14、反应完毕后，离心洗涤，在温度为50-70℃下干燥24-48h，研磨后备用，得到的粉末记为caal-ldh；

9、s15、用0.1-1.0mol/l的naoh溶液将c溶液的ph调节至10；

10、s16、将步骤s14中1-3g的caal-ldh加入到100ml的步骤s15的溶液中，激烈搅拌，离心后置于烘箱中，在温度为50-70℃下干燥24-48h，研磨后备用，得到二维片状材料caal-ldh-mbt。

11、s2：配制pva溶液，其中，pva占水的质量分数为1-4wt.％；其中pva的重均分子量(mw＝77000)；pva为聚乙烯醇的缩写。

12、s3：将3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲醇、去离子水加入容器中，混合后搅拌1h，加入步骤s1中的二维片状材料caal-ldh-mbt，搅拌5min，然后进行离心、乙醇清洗、烘干，得到修饰后的caal-ldh-mbt，将修饰后的caal-ldh-mbt加入30ml乙醇溶液中，进行超声分散得到分散液，超声时间为10～30min，将分散液沿烧杯壁滴加到水气界面，直到一个可见的薄膜形成，超声10～30min，纳米片在水气界面上形成致密单层；

13、其中，3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲醇、去离子水的体积比为1：(1～4)：(5～8)；优选地，3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲醇、去离子水的体积分别为5ml、12.55ml、37.55ml；

14、其中，二维片状材料caal-ldh-mbt的加入量为0.05～0.2g。优选地，二维片状材料caal-ldh-mbt的加入量为0.11g。

15、s4：将步骤s2中的pva溶液旋涂到碳钢板的基材上，旋涂速度为600-1200rpm，旋涂时间为40-80s，随后放在50-70℃烘箱中干燥10-20min；

16、其中，旋涂采用是旋涂仪。

17、s5：将步骤s4干燥后的碳钢板缓慢置于步骤s3的含有致密单层的溶液中，完成ldh层的自组装，随后在50-70℃烘箱中干燥20-40min；

18、s6：步骤s4和步骤s5为一个循环，重复循环3～10次；

19、s7：在步骤s6的基础上，在碳钢板表面再次旋涂pva溶液，旋涂速度为600-1200rpm，旋涂时间为40-80s，随后在50-70℃烘箱中干燥20-40min，得到仿珍珠母结构连接层。

20、本发明通过在基底和常规防腐涂层之间构筑一层轻质高强仿珍珠母结构的连接层，并通过简单温和的化学浸渍法对该连接层进行表面修饰，提升其与表面所涂覆的防腐涂层的结合力，最终实现防腐涂层耐蚀性的提升，有望在保持同等腐蚀防护能力的前提下实现涂层轻量化。

21、进一步地，在步骤s7中，还包括如下步骤：

22、s71：使用ph＝8.5的tris缓冲液配制多巴胺溶液，多巴胺溶液的浓度为1-8mg/ml；

23、s72：将烘干后的碳钢板置于多巴胺溶液中，室温浸泡6-24h，去离子水冲洗，自然晾干。

24、该设置通过多巴胺以界面增强方法，提升仿珍珠母膜层与其表面配套使用的防腐涂层的结合力，可进一步增强防腐涂层的耐蚀性。

25、相对于现有技术，本发明所述的一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的制备方法具有以下优势：

26、1)本发明通过层层自组装法得到的仿珍珠母材料，作为防腐涂层与基底的连接层，有望明显提升防腐涂层的长效耐蚀性，减少其用量，实现涂层轻量化，该制备方法简单温和，适合在防腐涂层领域进行推广应用；

27、2)本发明通过将碳钢置于多巴胺溶液中，采用的是界面增强方法提升仿珍珠母膜层与其表面配套使用的防腐涂层的结合力，可进一步增强防腐涂层的耐蚀性。

28、一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层，使用上述所述的制备方法得到。

29、一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的应用，使用上述所述的仿珍珠母结构连接层，所述仿珍珠母结构连接层在防腐涂层中的应用。

30、所述用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层、用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的应用与上述一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二维片状材料caal-ldh-mbt的加入量为0.05～0.2g。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲醇、去离子水的体积比为1：(1～4)：(5～8)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，旋涂速度为600-1200rpm,旋涂时间为40-80s，烘干温度为50-70℃，干燥时间为10-20min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤s11中，ca(no3)2溶液的浓度为0.2～0.6mol/l，al(no3)3溶液的浓度为0.1-0.3mol/l，nano3溶液的浓度为1-2mol/l，naoh溶液的浓度为1-3mol/l，2-巯基苯丙噻唑溶液的浓度为0.05-0.2mol/l，naoh溶液的浓度为0.05-0.2mol/l。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s7中，还包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤s71中，多巴胺溶液的浓度为1-8mg/ml。

9.一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层，其特征在于，使用权利要求1～8所述的制备方法得到。

10.一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层的应用，使用权利要求9所述的仿珍珠母结构连接层，其特征在于，所述仿珍珠母结构连接层在防腐涂层中的应用。

技术总结
本发明提供一种用于碳钢表面的仿珍珠母结构连接层及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1：制备二维片状材料CaAl‑LDH‑MBT；S2：配制PVA溶液，其中，PVA占水的质量分数为1‑4wt.％；S3：将3‑氨丙基三甲氧基硅烷、甲醇、去离子水加入容器中，加入步骤S1中的二维片状材料CaAl‑LDH‑MBT，得到修饰后的CaAl‑LDH‑MBT，将修饰后的CaAl‑LDH‑MBT加入乙醇溶液中，进行超声分散得到分散液，将分散液沿烧杯壁滴加到水气界面，直到一个可见的薄膜形成，超声在界面上形成致密单层；S4：将PVA溶液旋涂到碳钢板表面，烘干；S5：将干燥后的碳钢板缓慢置于致密单层的溶液中，烘干；S6：步骤S4和步骤S5为一个循环，重复循环3～10次；S7：在碳钢板表面再次旋涂PVA溶液，得到仿珍珠母结构连接层。

技术研发人员：曹艳辉,薛君好,张心悦,刘璐超,陈小勇
受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8