[发明专利]含纳米颗粒的抗腐蚀涂料和涂层

说明书

本发明涉及含纳米片(nanoplatelet)的抗腐蚀涂料和涂层。

具体地本发明涉及含纳米颗粒的抗腐蚀涂料和涂层，所述纳米颗粒由片状的无机硅酸铝组成，下文中表示为纳米粘土(nanoclay)。

已知涂层、涂料和底漆制剂(primer formulations)基于包含固体颗粒，颜料，增塑剂和其他工艺助剂的聚合物溶解于有机溶剂(有机基涂层)或水(水基涂层)。

还已知目前市售的抗腐蚀涂料和涂层中，环氧树脂(epoxide)、聚氨酯或丙烯酸涂料和涂层具有良好的粘附力和耐久性，具体地，可广泛地用来涂覆钢结构来减少氧和湿气结合活性引起的腐蚀。

但是，这些涂料和涂层其固有组成的结果是它们吸收湿气，并且不能作为氧气的最佳屏障。湿气吸收和氧的通入是涂覆金属腐蚀过程的原因，导致金属-涂层界面上氧化物的形成。这一现象之后接着发生涂层分离(脱粘)，且金属基板劣化的加剧。

为了克服已知这些涂料和涂层的缺陷，美国专利第6,878,767号公开了一种渗透性降低的涂料制剂，它包括成膜剂、颜料和大量经化学处理的片状纳米颗粒，该纳米颗粒主要是二维生长的，其横向尺寸和厚度分别为几百纳米和约1纳米。根据上述专利，分散在制剂中的片(优选硅酸铝，均由水-不可渗透的材料组成)的体积百分比为1至10％，并且所述片经有机(例如胺基-或环氧基-封端的硅烷)或无机(例如脂肪酸)化合物处理，以促进其根据施涂涂料的基板的平行方向取向，从而增加所述片的分子间力。通过按照基板表面平行方向设置，所述片能降低腐蚀液体或气体分子可通过的空间，增加到达涂层和基板界面所需的距离，从而减少界面上氧化物形成和后续涂层脱粘的可能

另一方面，已经证明美国专利第6,878,767号的制剂不允许最佳的片取向，从而降低加入板的防水效果。通过显微分析，特别是透射电子显微镜法(TEM)，和渗透测量，可以证实由于制剂粘性过大，纳米粘土在纳米水平的顺序和排列被打乱，导致对湿气和氧的阻隔效果降低，增加了后续的腐蚀。事实的结果是，由于其形状具有相对于厚度特别延伸的表面(高纵横比)，加入涂料聚合树脂的所述片容易被聚合物分子固定而不能移动。

基于以上内容，明显需要提供一种包含纳米尺寸片的抗腐蚀涂料和涂层的制剂来克服美国专利第6,878,767号中所述制剂的缺陷。

本发明提供解决这一问题的方案，旨在提供一种包含纳米粘土的抗腐蚀涂料和涂层的制剂，其中所述纳米粘土经过化学处理，并且控制粘度，使其有利于纳米粘土的排列平行于制剂要施涂的基板。

因此本发明的目的是提供一种含纳米粘土的抗腐蚀涂料和涂层的制剂或其制备方法，它能消除现有技术方案的限制并得到上述技术效果。

本发明的另一个目的是采用上述制剂和方法能充分降低制备和操作成本。

本发明的另一个、但非最后一个目的是提供一种非常简单、安全和可靠的制剂和方法。

因此，本发明的第一个特定目的是提供一种基于环氧化物、聚氨酯、丙烯酸类、烷基类(alkylic)、聚酯树脂或其混合物的抗腐蚀涂料和涂层溶解于有机或无机溶剂的制剂，它包括大量主要二维生长的纳米颗粒，其横向尺寸和厚度分别为几百纳米和约1纳米，其中所述制剂的粘度低于55000mPa·s，优选低于40000mPa·s。

具体地，本发明中所述纳米颗粒的量以所述制剂总重量计低于2wt.％，优选以所述制剂总重量计低于1wt.％，最优选以所述制剂总重量计等于0.5wt.％。

具体地，本发明中所述纳米颗粒由包含可进行离子交换反应的离子的材料组成，所述材料预先通过离子交换反应用长链分子的离子处理，优选至少16个碳原子的长链分子的离子，以达到良好的Na+纳米颗粒嵌入和与双酚A二缩水甘油醚基质的物理相容性。

根据本发明，优选所述纳米颗粒由硅铝酸盐(silico-aluminate)基材料组成，更优选由蒙脱石组成。

此外，根据本发明，所述长链分子的离子通过将胺或与其它制剂组分相容的其它化合物质子化得到。

本发明的另一个特定目的是提供一种基于环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂、醇酸(alkylic)树脂、聚酯树脂或其混合物的抗腐蚀涂料和涂层的浓缩制剂，它包括大量主要二维生长的纳米颗粒，其横向尺寸和厚度分别为几百纳米和约1纳米，在加入有机或无机溶剂之后，所述制剂的粘度低于55000mPa·s。

以下具体结合优选的实施方式和一些示例性的实施例所描述的本发明是示意性的，而非限制性的。