[发明专利]一种含有聚电解质刷的高效防腐涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含聚电解质刷的高效防腐涂料及其制备方法，包括水性环氧树脂及固化剂的成膜物质和球形电解质刷的纳米增强填料,其中含聚电解质刷添加量为所述防腐蚀涂料的0.01‑1wt.％。本发明有助于形成“迷宫效应”抑制腐蚀离子的扩散，聚电解质刷的刷毛聚丙烯酸的羧基将在胺类固化剂的促进下，提高了水性环氧树脂的交联密度，降低了水性环氧树脂的孔隙率。同时，聚电解质刷具备多而密的刷毛，这有助于更好地提高水性环氧树脂的交联密度，从而显著提高了水性环氧树脂的耐腐蚀性能。除此之外，聚电解质刷的结构可设计性强，可通过设计聚电解质刷的结构或负载不同的功能助剂而实现涂层的多功能化。

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种含聚电解质刷的高效防腐涂料及其制备方法。

背景技术

金属在许多工业领域具有重要的作用，如建筑、运输、桥梁等，是现代社会工业和生活的必要组成部分。但是金属在使用过程中，受到环境因素的影响，不可避免的会发生金属腐蚀，金属腐蚀不仅会对国民经济的各个领域产生影响，更是与人民的生命安全息息相关。而在各种金属防腐措施中，金属喷涂聚合物防腐涂层是最常用、最便捷、最有效的方法之一。由于聚合物的分子量大，体现了较高的拒水性，能够很好地将腐蚀介质隔绝，尤其是防止了水的进入，从而将腐蚀性介质与金属分隔开来，避免二者接触，最终起到保护金属的作用。根据英国媒体BBC research的2022年报告(http://www.bbcresearch.com)，全球防腐涂层市场将从2022年的284亿美元增长到2027年的340亿美元。环氧树脂属于热固性树脂，其交联密度大、屏蔽性能优异，存在大量的电负性原子，如氧、氮等，可与金属基材形成强的分子间作用力，提高了涂层的附着力；且环氧树脂的化学性质稳定，在金属表面易于形成惰性薄膜，因此在防腐领域受到了广泛的关注。但是，传统使用的溶剂型环氧树脂(EP)会造成严重的大气污染问题和生态问题，对于人民的身体健康和生态环境造成了巨大的负面影响。水性环氧树脂(WEP)能够弥补EP在环保方面的缺陷，但由于水性环氧树脂在固化时会产生较多的孔隙，将大大降低WEP的耐腐蚀性能。现有技术中，通常将石墨烯，水滑石，MXene，二氧化硅等的纳米材料进掺入WEP涂层中，利用屏障效应、引入腐蚀抑制剂等方式提高水性环氧树脂的耐腐蚀性能。例如：中国发明专利申请CN202111498014.7公开了一种含HATN@石墨烯防腐涂层及其制备方法。方法使用HANT对石墨烯进行改性，并将其引入水性环氧树脂中，最终制备了含HATN@石墨烯防腐涂层。中国发明专利申请CN202011573072.7公开了一种含Ti₃C₂T_X(MXene)/聚苯胺的水性防腐涂料及其制备方法。该方法通过在MXene表面原位生成聚苯胺，抑制了MXene在环氧树脂基体中团聚的倾向，改善了MXene在环氧基体中的相容性，并结合聚苯胺的钝化作用，提高了水性涂料的防腐性能。以上所述的方法，通过对纳米材料的改性抑制了纳米材料的团聚倾向，改善了纳米材料与水性树脂基体的相容性的问题，尽量避免了在实际应用中由于相容性不好而导致的涂层孔隙率不能得到有效降低，屏蔽效应无法充分发挥的问题，但对于涂层交联密度的提升只能起到十分有限的帮助。中国发明专利申请CN202210361130.2公开了一种恶唑烷潜固化剂的制备方法，中国发明专利申请CN202210344937.5则公开了一种多官能度恶唑烷潜固化剂的制备方法。这些潜固化剂对于提高交联密度有较大的帮助，但却缺乏了纳米材料所能提供的“屏蔽效应”和“迷宫效应”。本发明创新性地将聚合物电解质刷纳米材料运用至防腐领域，通过聚合物电解质刷将“屏蔽作用”、“迷宫效应”和“提高交联度”三个功能相结合，最终发明了一种含有聚电解质刷的高效防腐涂料及其制备方法。所谓聚电解质刷，是指接枝的聚合物链为聚电解质的聚合物刷。与普通聚合物刷相比，由于聚合物链之间的空间位阻效应和静电效应，聚电解质刷具有更好的向外伸展性和稳定性。在本发明中，PS为核，PAA为刷毛的聚电解质刷在环氧树脂体系中具备优异的相容性，效有助于形成“迷宫效应”而抑制腐蚀离子的扩散，并且，聚电解质刷的刷毛聚丙烯酸可作为潜固化剂在胺类固化剂的促进下，与水性环氧树脂发生反应，进一步提高水性环氧树脂的交联密度，降低了水性环氧树脂的孔隙率。同时，聚电解质刷具备多而密的刷毛，这有助于更好地提高水性环氧树脂的交联密度从而显著提高了水性环氧树脂的耐腐蚀性能。除此之外，聚电解质刷的结构可设计性强，可通过设计聚电解质刷的结构或负载不同的功能助剂来降低涂层的孔隙率以及实现涂层的多功能化。因此，本发明创新性地使用少量的聚电解质刷改性水性环氧树脂，具有研究意义和工业价值。