金属表面防腐的纳米涂层材料及其制备方法与流程

本发明涉及抗腐蚀涂料，尤其涉及金属表面防腐的纳米涂层材料及其制备方法。

背景技术：

1、金属表面防腐涂料是一种能够保护金属表面免受腐蚀和氧化的涂料，在船舶、桥梁、建筑、汽车、工程机械和油气设备等行业中广泛使用，通过在金属表面形成保护膜，以防止氧、水和其他化学物质的侵蚀和腐蚀，从而提高金属表面的耐久性和寿命，减少维护和保养成本，并提高金属表面的美观度。纳米涂料是一种基于纳米技术的金属表面防腐涂料，其颗粒大小通常在1到100纳米之间，相比传统涂料颗粒尺寸小，涂层更加致密，可以有效防止氧、水和其他化学物质的侵蚀；由于颗粒尺寸小，可以更好地渗透到金属表面微小的凹陷和裂缝中，形成更强的物理结合；纳米涂料还具有更高的耐久性、耐候性、更好的附着力、更高的抗腐蚀性能和更好的防污性能等。

2、纳米涂料的制备通常采用物理和化学方法，物理方法包括磁控溅射、喷雾干燥、物理气相沉积等，化学方法包括水热法、溶胶-凝胶法、纳米沉淀法等。研究表明使用纳米氧化铝、纳米二氧化硅等作为防腐蚀涂料添加剂，可以显著提高涂层的防腐蚀性能。例如将防腐蚀、防污染、自清洁等多种功能融合在一起制备多功能纳米涂层，提高涂层的综合性能；通过添加自修复功能的纳米颗粒到涂层中，使涂层具有自修复能力，可以在涂层受损时自动修复，提高涂层的使用寿命和防腐蚀性能；还可以通过添加智能材料到纳米涂层中，使涂层具有智能识别、监测和反馈功能，能够在涂层受损或腐蚀时发出警报，提高涂层的安全性和可靠性。随着纳米技术的不断发展和涂料技术的进步，纳米涂料的研究和应用将越来越成熟，为工业和社会带来更多的经济和环境效益。

3、cn112442667a公开了一种光生阴极保护纳米涂层，包括采用真空磁控溅射镀膜的方法在金属基体表面依次沉积的zn-ni合金涂层和纳米tio2涂层，具体制备方法为：对金属基体进行预处理后利用真空磁控溅射镀膜机在表面沉积zn-ni合金涂层，然后采用同样方法在zn-ni合金涂层表面沉积纳米tio2涂层，但两层镀膜需要满足要求。本发明所述的一种光生阴极保护纳米涂层能充分利用zn-ni合金涂层优异的牺牲阳极性阴极保护作用及tio2光生阴极保护功能，形成一种多功能、智能型光感应纳米涂层，可大幅度提升涂层的防腐蚀性能。在实际使用中对工艺要求高，双层涂层容易出现气泡、杂质、相容性差等问题。

4、cn113930129a公开了一种纳米涂层、换热器以及涂敷方法，所述防腐疏水涂料由以下组分构成：纳米二氧化硅、水性环氧树脂、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、去离子水、无水乙醇；上述组分的摩尔质量比为1：1：(10-15)：(10-12)：(30-60)：(10-30)；所述纳米二氧化硅是由正硅酸乙醇水解反应制得的溶胶，混合搅拌正硅酸乙醇、乙醇和水,加入稀盐酸作为催化剂制得纳米二氧化硅溶液；在室温下往溶液中加入氨水进行搅拌、分离，然后加入二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷溶剂，持续搅拌形成疏水型纳米二氧化硅溶剂；室温下将水性环氧树脂与制备的疏水型纳米二氧化硅溶液搅拌混合，再滴入稀盐酸作为催化剂在50℃-55℃水浴中磁力搅拌，在涂料充分搅拌后去除表面的泡沫及气泡，静置形成凝胶涂料。该发明为纳米材料与环氧树脂的复合涂料，将疏水型纳米二氧化硅溶剂与水性环氧树脂1:1混合制疏水性凝胶涂料，在实际使用凝胶涂料难以控制流动量和涂层厚度，工艺损失率大。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种具有耐磨性好、防腐性强的纳米防腐涂料。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种金属表面防腐蚀的纳米涂层材料及其制备方法。

3、所述金属表面防腐蚀的纳米涂层材料的制备方法，操作步骤如下，以重量份计：

4、(1)将15-20份3-氨丙基三乙氧基硅烷加到80-100份正己烷中，室温搅拌10-20分钟，加入3-4份纳米氧化铝，室温搅拌3-4小时，过滤，用40-60份正己烷洗涤滤饼、过滤，重复正己烷洗涤滤饼、过滤操作2-4次，100-120℃干燥2-3小时，得到改性纳米氧化铝，备用；

5、(2)将1.5-2.5份纳米钛化碳加到50-60份水中，再加入1-1.5份对甲苯胺、0.7-1份5-磺基水杨酸分散10-30分钟，将1-2份过硫酸铵稀释到30-50份水中后再加入，0-10℃反应6-8小时，过滤，80-100℃干燥滤饼，得到复合纳米钛化碳，备用；

6、(3)将50-60份环氧树脂加到25-30份稀释剂中，在40-50℃下搅拌10-30分钟，加入1-2份分散剂、3-4份改性纳米氧化铝、1-2份复合纳米钛化碳、0.5-1份流平剂、1-2份增稠剂和1-2份润湿剂，1400-1500r/min搅拌0.5-1小时，20-35khz频率下超声分散10-20分钟，再加入6-10份固化剂，最后加入研磨介质研磨1-4小时，过滤，即得到纳米涂料涂层材料。

7、所述步骤(3)中稀释剂为无水乙醇、二甲苯、甲苯中任意一种。

8、所述步骤(3)中分散剂为byk110。

9、所述步骤(3)中流平剂为二甲基硅油。

10、所述步骤(3)中增稠剂为聚丙烯酸钠。

11、所述步骤(3)中润湿剂为byk325、byk347、byk348、byk346、byk323中任意一种。

12、所述步骤(3)中固化剂为甲基六氢苯酐。

13、所述步骤(3)中研磨介质为玻璃微珠、陶瓷微珠、钢珠中任意一种。

14、所述步骤(3)中过滤的细度为40-60μm。

15、环氧树脂具有极好的附着力、耐化学溶剂腐蚀性和成膜性，主要防腐涂料的成膜物质，适用于腐蚀性不太强的介质。将纳米氧化铝颗粒加在环氧树脂涂料中，充分发挥环氧树脂和纳米无机物的性能优势，既可防止涂料结块，改善环氧树脂的流动性，使其更容易加工成型，流动性的增强使复合中的气泡破灭，还起到消泡剂的作用；还增强了涂料的致密性，有效阻止了腐蚀介质的渗透，从而提高了涂层的防腐能力。本发明用3-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米氧化铝颗粒进行表面氨基化改性，再加入环氧树脂中时，环氧树脂的环氧基与改性纳米氧化铝的活性氨基产生氢键作用，氨基与环氧反应使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状聚合物，增强了无机纳米氧化铝在有机环氧树脂之间的界面粘结力和相容性。

16、聚苯胺具有良好的热稳定性、耐腐蚀性、机械性能、电化学性能等，加在防腐涂料中可作为催化剂干扰金属氧化成锈这个化学反应。纳米钛化碳具有抗氧化、强度高、硬度高、耐磨性好、韧性好等特点，加在涂料中可作为耐磨剂得到耐磨涂层，避免因为涂层受损而导致的腐蚀；由于纳米钛化碳独特的紫外光屏蔽性，加在防腐涂料中设置了一道屏障，使光不能直接辐射到涂料的内部、减少紫外线的危害，延长材料的使用寿命。将纳米钛化碳表面均匀包裹着由对甲苯胺聚合而成的聚苯胺，提供了更好的阻隔性来达到防腐效果；在电化学腐蚀环境中，还起到阻碍水和氧气在涂层中流通，具有更强的电荷转移阻挡能力和更高的腐蚀效率，协同提高防腐性能。

17、本发明的有益效果：

18、1、与现有技术相比，本发明将纳米氧化铝颗粒加在环氧树脂涂料中，可防止涂料结块、改善流动性，还起到消泡剂的作用；进一步地，用3-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米氧化铝颗粒进行表面氨基化改性，再加入环氧树脂中时，环氧树脂的环氧基与改性纳米氧化铝的活性氨基产生氢键作用，氨基与环氧反应使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状聚合物，增强了无机纳米氧化铝在有机环氧树脂之间的界面粘结力和相容性。

19、2、相比现有技术，本发明在纳米钛化碳表面包裹聚苯胺，发现二者的复配在在电化学腐蚀环境中，还起到阻碍水和氧气在涂层中流通，具有更强的电荷转移阻挡能力和更高的腐蚀效率，协同提高防腐性能。同时纳米钛化碳加在涂料中可作为耐磨剂得到耐磨涂层，避免因为涂层受损而导致的腐蚀。