一种双面神纳米纤维复合涂层及其制备方法和应用

本发明属于防腐蚀性保护膜，具体涉及一种双面神纳米纤维复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、金属的腐蚀问题一直是一个值得被关注的问题，随着现代金属材料缓蚀技术的不断发展，涌现了诸多新的防腐技术。防腐蚀涂料作为金属材料使用最为普遍和有效的防护技术，广泛应用于海洋、化工、交通、船舶等各个领域。随着涂料工业技术水平的不断进步，涌现出种类繁多的防腐蚀涂料产品。其中有机涂层由于在固化过程中会伴有溶剂的挥发，因此不可避免的会产生微孔、裂纹等缺陷，一些小分子的腐蚀性介质（如水、氯离子等）会通过这些裂纹或者缺陷到达金属基体，引发金属的腐蚀。

2、通过静电纺丝技术制备的亲水纳米纤维膜与树脂结合后，可以起到弥补空隙，填补缺陷的效果。然而纳米纤维由于自身机械性能较差，无法抵抗机械外力的冲击，与树脂结合后依然无法为金属基体提供长久的保护；且纳米纤维与树脂间的结合能力也不够强力，经常会发生纤维膜从树脂上分离的现象，导致复合涂层失效。因此，需要增加纳米纤维对树脂的结合力，提高纤维与树脂的接触面积，从而提高复合涂层的耐久性。同时在纤维膜的另一侧，提高纤维膜对水性介质的排斥性，减少膜层与腐蚀介质的接触面积和接触时间，以提高复合涂层的防腐蚀性。

3、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、针对现有纳米纤维复合涂层机械性能弱而导致的防腐性能差等不足，本发明的目的在于提供一种janus（双面神）纳米纤维复合涂层及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种janus纳米纤维复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）改性纳米氧化锌的制备：

5、将纳米氧化锌溶于乙醇溶液中，搅拌均匀后加入肉豆蔻酸，得混合液a，升温搅拌后，再在室温下继续搅拌，过滤、洗涤干燥，得改性纳米氧化锌，备用；

6、（2）纺丝液的制备：

7、将天然高领土溶于由四氢呋喃与n，n二甲基甲酰胺组成的混合液b中，搅拌均匀；再加入聚氨酯颗粒，得混合液c，升温后继续搅拌，得纺丝液，备用；

8、（3）亲水纳米纤维复合涂层的制备：

9、将水性树脂与固化剂混合，均匀涂覆在金属基体上，干燥，使涂层达到表干状态，得涂有树脂涂层的金属基体，备用；

10、将装有纺丝液的注射器固定于静电同轴纺丝机上，将同轴针与正负电源连接好，在收集器上覆盖一张铝箔纸，在铝箔纸上将涂有树脂涂层的金属基体固定好，进行静电纺丝，得亲水纳米纤维复合涂层；

11、（4）janus纳米纤维复合涂层的制备：

12、将油性环氧树脂、固化剂溶于无水乙醇中，搅拌后加入改性纳米氧化锌，再次搅拌后将溶液置于喷枪中，在亲水纳米纤维复合涂层表面进行气压喷涂，随后干燥，即得。

13、优选的，步骤（1），纳米氧化锌的质量与乙醇溶液的质量比为1:5~1:20；纳米氧化锌与肉豆蔻酸的质量比为1:1~5:1。

14、优选的，步骤（2），混合液b中四氢呋喃与n,n二甲基甲酰胺的质量比为3:1-5:1；天然高领土的质量与混合液b的质量比为1:6~1:20；天然高领土与聚氨酯颗粒的质量比为1:2-1:6。

15、优选的，步骤（3），水性树脂与固化剂的质量比为2:1-1:1；步骤（4），油性环氧树脂与固化剂的质量比为2:1-1:1；油性环氧树脂与改性纳米氧化锌的质量比为1:3-1:5；油性环氧树脂的重量与无水乙醇的质量比为1:10-1:15。

16、优选的，所述水性树脂为水性环氧树脂或/和水性聚氨酯树脂；所述固化剂为低分子聚酰胺固化剂；所述金属基体为碳钢、镁合金、铝合金、铜或钛合金；所述油性环氧树脂为e44油性环氧树脂。

17、优选的，步骤（1）加入肉豆蔻酸后将混合液a升温至45-55℃，搅拌10-14h，再在室温下搅拌5-7 h。

18、优选的，步骤（2）在温度为23-26℃，湿度为35-45%的条件下进行；加入聚氨酯颗粒后将混合液c升温至45-55℃，继续搅拌22-26 h。

19、优选的，步骤（3）在温度为20-28℃，湿度为20%-30%的条件下进行静电纺丝，静电纺丝时的纺丝电压为20-25kv，推注泵的推行速度为0.5-0.7mm/min，纺丝时间为30-50min；

20、优选的，步骤（4），气压喷涂的具体方法为：气压为1 atm，喷枪距离涂层表面8-12cm，喷涂时间为15-25 s，喷涂次数为1-3次。

21、本发明提供一种janus纳米纤维复合涂层，由所述的制备方法制备得到。

22、本发明提供一种所述的janus纳米纤维复合涂层在金属防腐中的应用。

23、有益效果：

24、本发明通过静电纺丝技术，将原始高岭土颗粒掺杂在聚氨酯纳米纤维中，之后在涂覆了水性树脂涂层的金属基体上收集纳米纤维，制备出亲水性的复合涂层；再通过气压喷涂技术，将带有改性纳米氧化锌的环氧树脂溶液喷涂在亲水复合涂层上，固化后得到janus复合涂层。本发明解决了静电纺丝制备纳米纤维与金属基体结合力差的缺陷，通过janus结构制备的复合涂层制作过程简单，成本低廉，涂层具有高阻抗性、耐磨性、耐剥离性以及抗菌性等多重优异的性能，耐久性突出，在海洋腐蚀防护等实际应用方面具有巨大的应用前景。

25、本发明利用静电纺丝技术加气压喷涂技术，制备了一种具有多功能的janus静电纺丝膜，膜的两侧具有不同的润湿性。该膜的亲水侧与水性树脂可以完美契合，可以有效地填充有机涂层固有的缺陷，不仅可以提高涂层整体的柔韧性，还可以填补涂层中的微孔缺陷，同时又可以解决静电纺丝膜在金属基体表面附着力差的缺点，可切断腐蚀性离子的渗透途径，延缓腐蚀过程的发生。

26、本发明制备的janus静电纺丝膜与树脂结合形成多功能复合涂层呈超疏水性，其中janus复合涂层疏水侧呈现较高的接触角，较低的滑动角，以及持久的超疏水性能；亲水侧呈现较低的接触角，可以与水性树脂通过共价键的形式完美结合在一起，与水性树脂完美贴合在金属基体表面。该复合涂层可大幅降低涂层与水分子的接触面积和接触时间，有利于阻止腐蚀介质等穿透涂层。

27、本发明应用范围广，可与所有水性有机树脂兼容，固化成膜后兼具良好的附着力、抗水、抗盐水渗透性能，工艺简单，具有优异的防腐效果和持久的防护能力。

技术特征：

1.一种双面神纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1），纳米氧化锌的质量与乙醇溶液的质量比为1:5~1:20；纳米氧化锌与肉豆蔻酸的质量比为1:1~5:1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2），混合液b中四氢呋喃与n,n二甲基甲酰胺的质量比为3:1-5:1；

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水性树脂为水性环氧树脂或/和水性聚氨酯树脂；所述固化剂为低分子聚酰胺固化剂；所述金属基体为碳钢、镁合金、铝合金、铜或钛合金；所述油性环氧树脂为e44油性环氧树脂。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）加入肉豆蔻酸后将混合液a升温至45-55℃，搅拌10-14h，再在室温下搅拌5-7 h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）在温度为23-26℃，湿度为35-45%的条件下进行；加入聚氨酯颗粒后将混合液c升温至45-55℃，继续搅拌22-26 h。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）在温度为20-28℃，湿度为20%-30%的条件下进行静电纺丝，静电纺丝时的纺丝电压为20-25kv，推注泵的推行速度为0.5-0.7mm/min，纺丝时间为30-50min；

9.一种双面神纳米纤维复合涂层，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的双面神纳米纤维复合涂层在金属防腐中的应用。

技术总结
本发明提供一种双面神纳米纤维复合涂层及其制备方法和应用。其制备方法包括以下步骤：1）改性纳米氧化锌的制备；2）纺丝液的制备；3）亲水纳米纤维复合涂层的制备；4）双面神纳米纤维复合涂层的制备。本发明通过静电纺丝技术将高岭土掺杂在聚氨酯纳米纤维中，收集纳米纤维得到亲水性复合涂层；通过气压喷涂技术喷涂带有改性纳米氧化锌的环氧树脂溶液，得到双面神复合涂层。本发明解决了静电纺丝制备纳米纤维与金属基体结合力差的缺陷，复合涂层的制作过程简单，成本低廉，涂层具有高阻抗性、耐磨性、耐剥离性以及抗菌性等多重优异的性能，耐久性突出，在海洋腐蚀防护等实际应用方面具有巨大的应用前景。

技术研发人员：赵霞,袁帅,金祖权,段继周,侯保荣
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15