一種雙電層防腐涂料及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙電層防腐涂料及其應(yīng)用，通過在涂料中添加蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料，設(shè)計(jì)制備了雙電層防腐涂料，其形成的涂層具有雙電層結(jié)構(gòu)。對制備的雙電層防腐涂層進(jìn)行綜合性能測試，結(jié)果顯示涂層的耐鹽水性、耐熱性、耐鹽霧性都有提高。電化學(xué)結(jié)果表明涂層的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度降低，阻抗容弧增大，即腐蝕離子在運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻礙作用強(qiáng)，涂層的保護(hù)作用好，腐蝕不容易進(jìn)行。
【專利說明】
一種雙電層防腐涂料及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及防腐材料領(lǐng)域，具體的說，涉及一種雙電層防腐涂料、雙電層防腐涂層 及其應(yīng)用。 技術(shù)背景
[0002] 材料腐蝕是全世界面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題。腐蝕不僅消耗了寶貴財(cái)富，而且破壞了 生產(chǎn)、生活等許多活動(dòng)的正常運(yùn)行。腐蝕和環(huán)境污染的關(guān)系也越來越引起人們的關(guān)注。據(jù)報(bào) 道，目前全世界每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約50000億美元，為地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害 總和的幾十倍，占各國國民生產(chǎn)總值(GNP)的2%~5%。鋼鐵因腐蝕而報(bào)廢的數(shù)量為當(dāng)年產(chǎn)量 的25%~30%(趙永貴等，淺析防腐蝕工作在石油、石化和化工生產(chǎn)安全管理工作中的重要 性。全面腐蝕控制，2002,16(4): 3-6)。2000年美國因腐蝕造成的損失達(dá)到3000多億美元。 我國2002年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了5000億元人民幣，相當(dāng)于當(dāng)年我國國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn) 值的5%(向杰等，與金屬腐蝕做斗爭減少千億損失，科技日報(bào)，2005-09-14)。可見腐蝕的防 護(hù)十分重要。
[0003] 近年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重防腐涂料(Heavy-duty Coating)產(chǎn)品和產(chǎn)量已占涂料 市場的10%以上。防腐涂料種類繁多按照成分一般可以分為:環(huán)氧防腐漆、聚氨酯防腐漆、丙 烯酸防腐漆、無機(jī)防腐漆、過氯乙烯防腐漆、氯化橡膠防腐漆、高氯化聚乙烯防腐漆等。通過 物理改性和化學(xué)改性，可改善涂料的耐候性差、易粉化、高溫下承受強(qiáng)腐蝕介質(zhì)（如較強(qiáng)的 酸、堿和溶劑)能力差等缺點(diǎn)，這也奠定了其在重防腐涂料中的主導(dǎo)地位。
[0004] 例如采用剛性無機(jī)填料改性環(huán)氧，可以降低涂料的成本和改善涂料性能?？山档?樹脂的流動(dòng)性、收縮性和固化時(shí)因放熱引起的溫升，并可不同程度地提高涂料的耐酸性、耐 磨性、耐熱性和導(dǎo)熱性等。目前已有像玻璃片、云母、耐蝕金屬片、有機(jī)材料等鱗片樹脂涂 料。實(shí)驗(yàn)證明，對涂料影響最大的是鱗片添加量及表面處理劑量，對施工性能影響較大的是 懸浮觸變劑、活性稀釋劑及顏料。
[0005] 玻璃片涂料是用微細(xì)片狀玻璃粉填充的一種涂料，其涂層不但可厚涂，而且由于 片狀玻璃粉隔離作用很大，對水、水蒸汽、電解質(zhì)和氧的防滲透效果很好，因此它是一種優(yōu) 異的重防腐涂料。采用適當(dāng)規(guī)格的玻璃片填充的樹脂涂膜，透濕率比其他涂膜要小得多。最 近日本開發(fā)了一種防腐能力強(qiáng)、作業(yè)時(shí)間短的防腐涂料，它是在微米大小的玻璃片上，包覆 鋅及鋁，然后將其混合于環(huán)氧樹脂系涂料中。玻璃片能防止雨水和鹽分的侵入，涂料中的鋅 粉能防腐蝕，鋁則具有能抑制由于太陽紫外線而使涂料劣化的作用（司衛(wèi)華，熱固性樹脂， 2007，3: 34-40;莫軍等，石油化工腐蝕與防護(hù)，2002，6: 25-28)。
[0006]云母氧化鐵具有優(yōu)良的耐介質(zhì)性、耐大氣老化性和封閉性能，無論作為防腐底漆 還是面漆，都應(yīng)用較為廣泛。
[0007]但是對于最小的陽離子H+及最小的Cr(除Γ外)來說，它們比任何一個(gè)化學(xué)鍵都要 小，一般意義上的防腐涂層很難阻止其滲透，因此Η+ΧΓ等離子的腐蝕問題很難解決，是防 腐行業(yè)的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種雙電層防腐涂料、雙電層防腐涂層及其應(yīng)用。以解決現(xiàn)有技術(shù) 中防腐涂料難以解決Η+ΧΓ等小離子的腐蝕問題的技術(shù)問題。這種涂料形成的涂層對腐蝕 介質(zhì)中的陰、陽離子具有排斥作用，對非電性的腐蝕介質(zhì)具有阻隔作用，能夠很好的抵御腐 蝕物質(zhì)的滲透。
[0009] 根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種雙電層防腐涂料，包括基料和顏填料，該顏填 料包括蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料。
[0010]進(jìn)一步地，上述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料在顏填料中的重量百分比為1~ 30%，優(yōu)選為5~20%。
[0011]進(jìn)一步地，上述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料的粒徑為200~800目。
[0012]進(jìn)一步地，上述顏填料還包括鋅粉，優(yōu)選鋅粉與蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填 料的重量比為20:1~10:3。
[0013] 進(jìn)一步地，上述基料包括硅酸鹽溶液，基料與顏填料的重量比為9:1~1:1。
[0014] 進(jìn)一步地，上述硅酸鹽溶液為溶液、硅酸鈉溶液、硅酸溶液鋰中的一種或多種。
[0015] 根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種雙電層防腐涂層，該雙電層防腐涂層采用上 述的雙電層防腐涂料制備而成。
[0016] 根據(jù)本申請的又一方面，提供了一種雙電層防腐涂料在金屬防腐中的應(yīng)用。
[0017]將該蒙脫土層板基雙電層超分子粉體分散在防腐涂料中，一方面可以使涂層更致 密，可在涂層中形成隔板式的迷宮結(jié)構(gòu)，對腐蝕介質(zhì)起到阻隔作用；另一方面，這種雙電層 片狀材料在涂層中定向排列，從而形成具有雙電層結(jié)構(gòu)的涂層?？梢耘懦釮 +、Na+、Mg2+等陽 離子，也可以排斥F'Cl'CO,-等陰離子，可以從根本上阻止陰、陽離子的滲透；同時(shí)，雙電 層填料的結(jié)晶態(tài)片狀結(jié)構(gòu)也可以對非電性的腐蝕介質(zhì)起到阻隔作用。因此，雙電層涂層對 要保護(hù)的金屬或非金屬基體均具有很好的防腐蝕保護(hù)作用。
【附圖說明】
[0018] 圖1是實(shí)施例1的SEM圖； 圖2是實(shí)施例2的SEM圖； 圖3是實(shí)施例1、2、3、4、5、6的極化曲線圖； 圖4是實(shí)施例1、2、3、4、5、6交流阻抗圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明公開的一種雙電層防腐涂料，包括基料和顏填料，該顏填料包括蒙脫土層 板基無機(jī)雙電層片層填料。
[0021] 雙電層片層的加入，一方面雙電層涂層對腐蝕介質(zhì)中的陰、陽離子(包括Η+ΧΓ等 小離子)具有靜電排斥作用，可以從根本上阻止陰、陽離子的滲透；另一方面雙電層填料的 片狀結(jié)構(gòu)可在涂層中形成隔板式的迷宮結(jié)構(gòu)，對非電性的腐蝕介質(zhì)(〇 2、H20、C02等)起到物 理阻隔作用，延長了腐蝕介質(zhì)的滲透路徑，從而減緩了腐蝕速率。
[0022] 將該蒙脫土層板基雙電層超分子粉體分散在防腐涂料中，一方面可以使涂層更致 密，可在涂層中形成隔板式的迷宮結(jié)構(gòu)，對腐蝕介質(zhì)起到阻隔作用；另一方面，這種雙電層 片狀超分子材料在涂層中定向排列，從而形成具有雙電層結(jié)構(gòu)的涂層。可以排斥H+、Na+、Mg 2 +等陽離子，也可以排斥F'Cr、C032+等陰離子，可以從根本上阻止陰、陽離子的滲透；同時(shí)， 雙電層填料的結(jié)晶態(tài)片狀結(jié)構(gòu)也可以對非電性的腐蝕介質(zhì)起到阻隔作用。因此，雙電層涂 層對要保護(hù)的金屬或非金屬基體均具有很好的防腐蝕保護(hù)作用。
[0023] 在本申請一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料的粒徑為 200~800目，填料粒徑小得到的涂層更致密，顆粒分布更均勻，顆粒間隙減小，對腐蝕介質(zhì)的 阻隔作用更強(qiáng)。
[0024] 本申請的雙電層防腐涂料可以為在現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的涂料中添加蒙脫土層板基 無機(jī)雙電層片層后形成的涂料，優(yōu)選該涂料為無機(jī)富鋅涂料，即該顏填料還包括鋅粉，優(yōu)選 鋅粉與所述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料的重量比為20:1~10:3。鋅粉的加入起到了 犧牲陽極保護(hù)基材的目的，提高了涂層的防腐性能。
[0025] 進(jìn)一步優(yōu)選上述無機(jī)富鋅涂料中的基料包括硅酸鹽溶液，基料與顏填料的重量比 為9:1~1:1?；献鳛橥苛系某赡の镔|(zhì)，結(jié)合空氣中的H 2OXO2，與鋅粉絡(luò)合形成絡(luò)合大分子， 將其他物質(zhì)包覆其中，最后形成無機(jī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0026] 在本申請另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種雙電層防腐涂層，該雙電層防腐 涂層采用上述的雙電層防腐涂料制備而成。該雙電層防腐涂料采用手工方式涂刷，得到的 涂層具有與普通涂層相比，具有較好的耐熱性、耐鹽水性、耐鹽霧性。在本申請另一種典型 的實(shí)施方式中，提供了一種雙電層防腐涂料在金屬防腐中的應(yīng)用。制備的雙電層防腐涂層 對金屬材料在海洋腐蝕環(huán)境中具有較好的保護(hù)作用。為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合示 例涂料一一雙電層防腐涂料的制備實(shí)例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這 些示例及實(shí)施例只是進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。 [0027]實(shí)施例中所得到的SEM圖是采用Suppra55型電子顯微鏡對制備的涂料進(jìn)行掃描電 鏡測試。極化曲線以及交流阻抗數(shù)據(jù)采用上海辰華儀器有限公司生產(chǎn)的Chi760e型號(hào)的電 化學(xué)工作站進(jìn)行測試。用三電極體系對涂層進(jìn)行了交流阻抗和極化曲線測試，分別是:涂覆 了涂料的噴砂鋼板作為工作電極（WE)，飽和甘汞電極作為參比電極（RE)，以鉑鎳合金作 為對電極（CE)。
[0028] 對比例1 (1) 按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 稱取3 g鋅粉于小燒杯中，加入I ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為 組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到新型無機(jī)富 鋅涂料。
[0029]所得涂層的掃描電鏡數(shù)據(jù)見圖1，極化曲線見圖3 (a)，腐蝕電位和腐蝕電流密度 數(shù)據(jù)見表2 (a)，交流阻抗數(shù)據(jù)見圖4 (a)。
[0030] 對比例2(對比樣品，加入蒙脫土原土填料）： (1) 按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 稱取3 g鋅粉以及0.3 g蒙脫土原土，將兩固體混合均勻后，加入小燒杯中。再加入1 ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到水性無機(jī)富 鋅涂料。
[0031] 極化曲線見圖3 (c)，腐蝕電位和腐蝕電流密度數(shù)據(jù)如表2 (c)，交流阻抗數(shù)據(jù)見 圖4 (C)0
[0032] 實(shí)施例1: (1) 按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 取3 g鋅粉以及0.15 g無機(jī)雙電層超分子片層填料，將兩固體混合均勻后，加入小 燒杯中。再加入I ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到水性無機(jī)富 鋅涂料。
[0033]所得成品的掃描電鏡數(shù)據(jù)見圖2,極化曲線見圖3 (b)，腐蝕電位和腐蝕電流密度 數(shù)據(jù)見表2 (b)，交流阻抗數(shù)據(jù)見圖4 (b)。
[0034] 實(shí)施例2: (1) 按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 取3 g鋅粉以及0.3 g無機(jī)雙電層超分子片層，將兩固體混合均勻后，加入小燒杯 中。再加入I ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到水性無機(jī)富 鋅涂料。
[0035]極化曲線圖見3 (d)，腐蝕電位和腐蝕電流密度數(shù)據(jù)見表2 (d)，交流阻抗數(shù)據(jù)見 圖4⑷。
[0036] 實(shí)施例3: (1) 按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 取3 g鋅粉以及0.6 g無機(jī)雙電層超分子片層填料，將兩固體混合均勻后，加入小燒 杯中。再加入I ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到水性無機(jī)富 鋅涂料。
[0037] 極化曲線見圖3 (e)，腐蝕電位和腐蝕電流密度數(shù)據(jù)見表2 (e)，交流阻抗數(shù)據(jù)見 圖4 (e)〇
[0038] 實(shí)施例4: (1)按質(zhì)量份稱取7.5 ml硅酸鉀溶液于帶有攪拌裝置三口燒瓶中，加入計(jì)量的去離子 水，以500 ^mirT1的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，使去離子水充分分散在硅酸鉀溶液中，記為組分A; (2) 取3 g鋅粉以及0.9 g無機(jī)雙電層超分子片層填料，將兩固體混合均勻后，加入小燒 杯中。再加入I ml去離子水，攪拌均勻后放置20 min，備用，記為組分B; (3) 在2000 ^mirT1的轉(zhuǎn)速下，將組分B邊攪拌邊加入到組分A中，保持轉(zhuǎn)速不變的情況 下繼續(xù)攪拌； (4) 攪拌狀態(tài)下熟化I h后，停止攪拌。將得到的涂料過200目篩網(wǎng)，即得到水性無機(jī)富 鋅涂料。
[0039]極化曲線見圖3 (f)，腐蝕電位和腐蝕電流密度數(shù)據(jù)見表2 (f)，交流阻抗數(shù)據(jù)見 圖4⑴。
[0040] 表1是實(shí)施例1、2制備的涂層的綜合性能。
[0041] 表1雙電層無機(jī)富鋅涂料性能
表2是實(shí)施例1、2、3、4、5、6的腐蝕電位以及腐蝕電流密度數(shù)據(jù)。a、b分別為不加雙電層 填料的對比涂層，cd、e、f為加入了不同含量的蒙脫土基無機(jī)雙電層填料制備的涂層。c為加 入量為5%時(shí)制備的涂層，d為加入量為10%時(shí)制備的涂層，e為加入量為20%時(shí)制備的涂層，f 為加入量為30%時(shí)制備的涂層。當(dāng)蒙脫土基無機(jī)雙電層填料加入量為10%時(shí)，涂層的腐蝕電 位大即說明腐蝕不容易進(jìn)行;腐蝕電流密度小，說明涂層的保護(hù)作用強(qiáng)。
[0042] 表2.實(shí)施例涂層的腐蝕電位以及腐蝕電流密度
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙電層防腐涂料，包括基料和顏填料，其特征在于，所述顏填料包括蒙脫土層板 基無機(jī)雙電層片層填料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層防腐涂料，其特征在于，所述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層 片層填料在所述顏填料中的重量百分比為1~30%，優(yōu)選為5~20%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層防腐涂料，其特征在于，所述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層 片層填料的粒徑為200~800目。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層防腐涂料，其特征在于，所述顏填料還包括鋅粉，優(yōu)選 所述鋅粉與所述蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料的重量比為20:1~10:3。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙電層防腐涂料，其特征在于，所述基料為硅酸鹽溶液，所述 基料與所述顏填料的重量比為9:1~1:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電層防腐涂料，其特征在于，所述硅酸鹽溶液為硅酸鉀溶 液、硅酸鈉溶液、硅酸溶液鋰中的一種或多種。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的雙電層防腐涂料，其特征在于所述的涂料為水性無機(jī)富鋅 涂料，所述的鋅的含量為蒙脫土層板基無機(jī)雙電層片層填料4-20倍。8. -種雙電層防腐涂層，其特征在于，所述雙電層防腐涂層采用權(quán)利要求1至6中任一 項(xiàng)所述的雙電層防腐涂料制備而成。9. 一種權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的雙電層防腐涂料在金屬防腐中的應(yīng)用。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，所述的應(yīng)用用于防止H+、Na+、Mg2+、F'Cr、C0 32'02、H20、 C02中的一種或者多種或者全部的滲透。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK105860618SQ201610355974
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】李保山, 趙莎莎
【申請人】北京化工大學(xué)