一种应用于海洋中金属基层上的防腐涂层及其制备方法与流程

本发明属于海洋用腐蚀防护领域，具体涉及一种应用于海洋中金属基层上的防腐涂层及其制备方法。

背景技术：

众所周知，腐蚀过程缩短了油田设备和集输管线的使用寿命，成为制约石油天然气工业生产的重要因素之一。据估计，腐蚀给我国石油工业造成的损失约占行业总产值的6％。其中，如采取合适的防腐措施，可挽回30％～40％的损失。为了解决油田的腐蚀问题，人们发展了许多防腐蚀技术。其中由于缓蚀剂技术应用设备简单、使用方便、投资少、收益大、见效快、能保护整体设备，适合长期保护等特点，得到了广泛的应用。但传统缓蚀剂存在自身的缺陷：(1)大多数缓蚀剂有毒，这会对自然环境产生巨大的危害；(2)某些缓蚀剂性能不稳定；例如油田的腐蚀环境很特殊，有些缓蚀剂会变质，从而失去缓蚀能力；(3)不适合于开放的作业体系。在开放体系中，缓蚀剂易在充分发挥作用之前即被流动的介质带走，或是被提取出的物质携出，造成浪费。

为了解决缓蚀剂的这些不足之处，科研工作者提出了许多改进措施，目前海洋环境下最有效的防护方法是有机涂层防护技术，应用率超过80％。但我国海洋环境防护技术仍处在起步阶段，与发达国家相比有明显的差距，涉海高端防腐涂料基本上被国外大公司垄断。因而，开发出具有自主知识产权的海洋环境防护涂装体系，有利于我国维护海洋安全和推进海洋战略。对于海洋环境中的结构物来说，涂层防护是最为经济有效的手段。其中微囊技术是利用成膜材料包覆具有分散性的固体物质、液滴或气体而形成微粒的一种技术，当涂层受到损伤时，微囊能在损伤处及时破裂，释放修复剂，抑制扩蚀，使涂层能够自动感应损伤，自动释放修复剂修复损伤，达到自愈合的目的，从而延长涂膜的使用寿命，具有较大发展潜力和应用前景。但传统的有机高分子涂料很容易在海水的冲刷和严酷的污损环境中被水汽侵蚀，或破损，由于海洋结构物所处的腐蚀环境极为严苛，与传统涂料不同，需要对涂料进行加强级设计。

目前的防腐涂层中的微囊的粒径较大，通常在几十到几百微米，容易在严酷的海水环境中被侵蚀或破损，微囊中的缓蚀剂质量占比较大，虽然可以释放的剂量较大，但容易造成有效成分的成活量减少，降低了涂层的自修复能力，因此缓蚀剂在微囊中的合适占比也尤为重要。

技术实现要素：

相对于现有技术中的上述问题，本发明的防腐涂层中的微囊采用纳米级，并采取合适的缓蚀剂质量配比，取得了很好的防腐效果，可应用于在金属表面，船舶及海洋构件材料表面发生划痕刮擦后，表现为划痕处无锈蚀，长时间的耐腐蚀，进而保护海洋中的船舶及海洋构材料。

本发明的具体技术方案如下：

一种应用于海洋中金属基层上的防腐涂层，其特征在于：该防腐涂层由纳米微囊、固化剂、消泡剂、分散剂、溶剂制成，其中所述纳米微囊包括囊芯和囊材，囊芯为缓蚀剂，囊材为二氧化硅或高分子树脂，所述纳米微囊的粒径为500～1200nm，所述囊材的厚度为100～300nm，缓蚀剂在微囊中的质量占比为15％～30％，在整个防腐涂层中固化剂的重量份数为80～90，纳米微囊的重量份数为3～15，缓蚀剂的重量份数为0.5～4.5，消泡剂的重量份数为1～10，分散剂的重量份数为0.5～10，溶剂的重量份数为5～15。

根据本发明所述的防腐涂层，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。

根据本发明所述的防腐涂层，其特征在于：所述高分子树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂或者聚硅氧烷中的一种或几种。

根据本发明所述的防腐涂层，其特征在于：所述缓蚀剂为苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、三乙醇胺、噻二唑、1，2，4-三氮唑-3-羧酸甲酯、月桂酸中的一种或几种。

根据本发明所述的防腐涂层，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或几种。

根据本发明所述的防腐涂层，所述金属基层为钢，铁，铝，镁，及其合金。

根据本发明所述的防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)将囊材和囊芯加入分散剂中，在超声波分散器中分散15～30分钟，将混合液加热至85～95℃，冷凝回流2小时，在25℃下在磁力搅拌器中均匀搅拌30小时，然后再抽真空2小时；

2)分散均匀后，用离心机离心分离半个小时，然后用溶剂清洗，放入烘箱在65℃下真空干燥10小时，得到负载缓蚀剂的纳米微囊；

3)将纳米微囊和消泡剂混合，搅拌1个小时后，再将固化剂在超声波分散器中分散45分钟后加入，用高速搅拌机在1000-1200rpm的速度下充分搅拌8小时得到防腐涂料；

4)将所述防腐涂料喷涂或者刷涂或者滚涂于所述金属基层的表面，形成防腐涂层。

本发明的应用于海洋中金属基层上的防腐涂层，通过多次试验研究和实际测试，优选了防腐效果很好的特定成分配比的涂层材料，以及通过严格的加工流程采用微胶囊粒径较小，缓蚀剂在微囊中的质量占比合适，能够获得的防腐涂层活性成分很高，涂层的自修复性能越好，能够起到很好的防腐作用，最后把金属基层除锈后再涂覆该防腐涂层，能够获得更好的防腐效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的涂层的结构示意图；

图2为本发明的微囊的结构示意图。

1-金属基层；2-涂层；3-微囊；4-囊材；5-囊芯。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将150mg粒径为1000nm、厚度为200nm的二氧化硅纳米容器囊材和60mg苯并三氮唑加入20ml乙醇中，在超声波分散器中分散15～30分钟，将混合液加热至85～95℃，冷凝回流1.5小时，在25℃下在磁力搅拌器中均匀搅拌30小时，然后再抽真空2小时；分散均匀后，用离心机离心分离半个小时，然后用水清洗后，放入烘箱在65℃下真空干燥10小时，得到负载缓蚀剂的纳米微囊；将1g环氧类固化剂在超声波分散器中分散于水中45分钟后加入，加入上述纳米微囊和200ml乳化硅油，搅拌1个小时后，再用高速搅拌机在1000-1200rpm的速度下充分搅拌8小时得到防腐涂料。

金属钢片在110℃下干燥，将所述防腐涂料喷涂或者刷涂或者滚涂于所述金属钢片的表面，形成防腐涂层，固化后浸入3.5％NaCl溶液中浸泡若干小时，检测钢片表面的腐蚀。

实施例2

将180mg粒径为800nm、厚度为300nm的二氧化硅纳米容器囊材和60mg苯并三氮唑加入25ml甲醇中，在超声波分散器中分散15～30分钟，将混合液加热至85～95℃，冷凝回流1.5小时，在25℃下在磁力搅拌器中均匀搅拌30小时，然后再抽真空2小时；分散均匀后，用离心机离心分离半个小时，然后用水清洗后，放入烘箱在65℃下真空干燥10小时，得到负载缓蚀剂的纳米微囊；将2g环氧类固化剂在超声波分散器中分散于水中45分钟后加入，加入上述纳米微囊和150ml乳化硅油，搅拌1个小时后，再用高速搅拌机在1000-1200rpm的速度下充分搅拌8小时得到防腐涂料。

金属钢片在110℃下干燥，将所述防腐涂料喷涂或者刷涂或者滚涂于所述金属钢片的表面，形成防腐涂层，固化后浸入3.5％NaCl溶液中浸泡若干小时，检测钢片表面的腐蚀。

进行了大量实验结果表明，经过同样的三个月左右的时间后，相对于其他混合比例和现有技术的微米级别粒径微囊的防腐涂层，本申请的混合比例得到的防腐涂层明显优于现有技术的防腐涂层，具有更好的防腐自修复效果，实施例2的防腐效果略微优于实施例1的防腐效果。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。