基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及自愈合涂料领域，具体为一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料及制备方法和应用。按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：环氧树脂60％～80％；介孔容器1％～10％；有机溶剂10％～30％；助剂0.5％～5％；按质量百分比计，组分二由如下组分及质量配比配制而成：有机溶剂25％～75％；固化剂25％～75％；按质量比计，组分一：组分二＝2～4:1混合，得到含介孔容器的自愈合型环氧涂料。将自愈合型环氧涂料经喷涂、刷涂或浸涂在基材表面，常温或加温固化，形成自愈合型环氧涂层。采用本发明专利技术涂料制备的涂层可在受到损伤(断裂、机械刮擦)时，对金属基材进行腐蚀修复，延长涂层的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料及其制备和应用
本专利技术涉及自愈合涂料领域，具体为一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料及制备方法和应用，采用该涂料制备的涂层可在受到损伤(断裂、机械刮擦)时，对金属基材(如：铝合金、镁合金、钢或镀锌钢等)进行腐蚀修复。
技术介绍
有机涂层的自愈合技术包括两个方面：一、涂层本身的自愈合，即利用树脂或低聚物愈合外界损伤带来的涂层缺陷；二、涂层损伤处或界面处金属基材腐蚀的自愈合。后者的意义在于通过减缓或阻止涂层下金属腐蚀的发生，来提高涂层的服役寿命。Shchukin等人首先用纳米多孔材料负载了有机腐蚀抑制剂，并采用Layer-by-Layer技术在多孔材料表面制备可响应外界pH值变化而“开”或“闭”的聚电解质薄膜，制备了“纳米容器”。多孔材料释放的腐蚀抑制剂可在金属表面通过化学反应、物理吸附或化学吸附形成保护性膜，阻止金属腐蚀反应的进一步发生。作为腐蚀抑制剂的载体需要具有很强的吸附能力、较大的比表面积，这样可以吸收更多的腐蚀抑制剂。到目前为止，含有腐蚀抑制剂的愈合涂层已经被研发出来，大都是基于相对薄的溶胶-凝胶涂层(<5μm)。因为涂层较薄，溶胶-凝胶涂层一般仅可作为表面处理层，也限制了腐蚀抑制剂载体的尺寸。较小尺寸的容器(纳米级)，反过来，也限制了腐蚀抑制剂的负载量。因此，容器所能提供有效的腐蚀防护能力就低。在这种情况下，提供同等的腐蚀防护能力需要的纳米级容器的量大，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料及制备方法和应用，采用该涂料制备的涂层可在涂层受损伤时对金属基材进行腐蚀修复。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，涂料由组分一和组分二均匀混合而成，其中：按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：按质量百分比计，组分二由如下组分及质量配比配制而成：有机溶剂25％～75％；固化剂25％～75％；按质量比计，组分一：组分二＝2～4:1混合，得到含介孔容器的自愈合型环氧涂料。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，优选的，按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：环氧树脂的范围为65％～75％，介孔容器的范围为1％～5％，有机溶剂的范围为20％～30％，助剂围为1％～3％。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，介孔容器使用的介孔材料为微米级的介孔二氧化硅、介孔二氧化钛、介孔碳化硅、介孔氧化铈或介孔炭。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂，固化剂为胺类固化剂。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，介孔容器的制备过程如下：(1)将有机腐蚀抑制剂分散于水、乙醇的水溶液或乙醇中，再将介孔材料加入并均匀分散于上述溶液中，形成混合液；所述混合液中，按质量百分比计，介孔材料占1～10％，有机腐蚀抑制剂占0.1～10％，其余为水、乙醇的水溶液或乙醇；(2)在室温条件下，将步骤(1)得到的混合液抽真空，使有机腐蚀抑制剂进入介孔材料内；过滤出负载有机腐蚀抑制剂后的介孔材料，重复进行分散和抽真空3～4次，使进入介孔材料中的有机腐蚀抑制剂的量达到最大化，介孔材料与有机腐蚀抑制剂的质量比例为1:1～10:1；(3)将步骤(2)得到的混合液过滤，得到负载有机腐蚀抑制剂的介孔材料；(4)基于介孔材料带电荷的特性，将步骤(3)获得的负载有机腐蚀抑制剂的介孔材料分散至1～5g/L的带有相反电荷的聚电解质溶液中，用摇床混合15～30min，得到混合液；(5)将步骤(4)获得的混合液用微滤膜过滤，洗涤，去除多余的带有电荷的聚电解质，得到包覆单层聚电解质的介孔材料；(6)再将步骤(5)获得的包覆聚电解质后带有电荷的介孔材料分散到1～5g/L的带有相反电荷的聚电解质溶液中，重复和包覆第一次聚电解质相同的步骤，即得到包覆双层聚电解质膜的介孔容器。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，介孔容器的制备过程中，有机腐蚀抑制剂为8-羟基喹啉、苯并三氮唑、巯基苯并噻唑、甲基苯并三氮唑、咪唑啉中的一种；聚电解质为聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚烯丙基胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的两种带相反电荷的组合；聚电解质采用的溶剂为水。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料的制备方法，具体步骤如下：1)在容器中加入环氧树脂、有机溶剂、助剂，利用高速分散机400～500rpm分散10～20分钟，再加入介孔容器，继续用高速离心分散机800～1500rpm分散10～30分钟；2)把步骤1)得到的物料用球磨机研磨4～8小时，测试细度达到20μm以下，出料，过滤，得到组分一；3)将固化剂加入到有机溶剂中进行稀释，利用高速分散机4000～5000rpm分散5～20分钟，出料，得到组分二；4)将组分二加入到组分一中，搅拌均匀后形成自愈合型环氧涂料。所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料的应用，将自愈合型环氧涂料经喷涂、刷涂或浸涂在金属基材：铝合金、镁合金、钢或镀锌钢表面，常温或加温固化，形成自愈合型环氧涂层。本专利技术的设计思想是：为了减少自愈合涂层的制备成本，应提高容器的生产过程的效率，同时使自愈合过程所用的容器量最小。通常，应用于普通防腐需求的环氧涂层，其涂膜厚度为几十到一百微米左右。对于如此厚度涂层来讲，微米级的介孔材料比纳米级的介孔材料具有更高的效率。本专利技术包括腐蚀抑制剂的负载、微米级介孔容器的制备、自愈合涂层的制备，腐蚀抑制剂负载是以有机腐蚀抑制剂为客体，以微米级介孔材料为主体，采用真空抽滤法，于乙醇的水溶液或水溶液中完成有机腐蚀抑制剂的吸附和负载；负载腐蚀抑制剂后的介孔材料用层层组装(Layer-by-Layer)的方法包覆聚电解质，形成可控释放腐蚀抑制剂的介孔“容器”；介孔容器掺杂到环氧涂层中，制备获得具有愈合金属基材腐蚀功能的环氧涂层。从而，以微米级介孔材料作为载体，能够提高腐蚀抑制剂的负载量，降低自愈合涂层的成本，提高金属基体腐蚀愈合的效率。将具有可控释放腐蚀抑制剂功能的介孔容器用于制备自愈合型有机涂层，提高涂层的耐腐蚀性能，延长涂层的使用寿命。本专利技术的优点及有益效果如下：1、利用微米级介孔材料，提高介孔材料对腐蚀抑制剂的负载量。2、本专利技术基于使用介孔容器制备自愈合涂层的方法简单、防护性能好、成本低，易于推广。附图说明：图1(a)-图1(b)是原始介孔SiO2，负载腐蚀抑制剂和包覆聚电解质膜的介孔容器。其中，图1(a)是介孔SiO2的端面形貌；图1(b)是介孔SiO2容器的形貌。图2(a)-图2(b)是带有划痕的环氧涂层的盐雾实验后的表面形貌。其中，图2(a)环氧涂层经盐雾实验1天、4天和10天后的表面形貌；图2(b)含有介孔SiO2容器的自愈合型环氧涂层经盐雾实验1天、4天和10天后的表面形貌。图3(a)-图3(b)是普通环氧涂层和包含介孔SiO2容器环氧涂层电化学交流阻抗谱的Bode图。其中，图3(a)环氧涂层；图3(b)含有介孔SiO2容器的自愈合型环氧涂层。图中，横坐标代表频率，左侧纵坐标代表阻抗模值，右侧纵坐标代表相位角。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，由组分一和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，涂料由组分一和组分二均匀混合而成，其中：按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：

【技术特征摘要】
1.一种基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，涂料由组分一和组分二均匀混合而成，其中：按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：按质量百分比计，组分二由如下组分及质量配比配制而成：有机溶剂25％～75％；固化剂25％～75％；按质量比计，组分一：组分二＝2～4:1混合，得到含介孔容器的自愈合型环氧涂料。2.根据权利要求1所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，优选的，按质量百分比计，组分一由如下组分及质量配比配制而成：环氧树脂的范围为65％～75％，介孔容器的范围为1％～5％，有机溶剂的范围为20％～30％，助剂围为1％～3％。3.根据权利要求1所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，介孔容器使用的介孔材料为微米级的介孔二氧化硅、介孔二氧化钛、介孔碳化硅、介孔氧化铈或介孔炭。4.根据权利要求1所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂，固化剂为胺类固化剂。5.根据权利要求1所述的基于微米级介孔容器的自愈合型环氧涂料，其特征在于，介孔容器的制备过程如下：(1)将有机腐蚀抑制剂分散于水、乙醇的水溶液或乙醇中，再将介孔材料加入并均匀分散于上述溶液中，形成混合液；所述混合液中，按质量百分比计，介孔材料占1～10％，有机腐蚀抑制剂占0.1～10％，其余为水、乙醇的水溶液或乙醇；(2)在室温条件下，将步骤(1)得到的混合液抽真空，使有机腐蚀抑制剂进入介孔材料内；过滤出负载有机腐蚀抑制剂后的介孔材料，重复进行分散和抽真空3～4次，使进入介孔材料中的有机腐蚀抑制剂的量达到最大化，介孔材料与有机腐蚀抑制剂的质量比例为1:1～10:1；(3)将步骤(2)得到的混合液过滤，得到负载有机腐蚀抑制剂的介孔材...

【专利技术属性】
技术研发人员：史洪微，刘福春，韩恩厚，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21