金属基底的腐蚀防护制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于涂覆易受腐蚀的金属基底的组合物。该组合物包括载体介质、2D材料/石墨薄片以及导电炭黑颗粒和碳纳米管中的一种或两种，其中2D材料/石墨薄片包含一种或多种2D材料的纳米片和/或一种或多种层状2D材料的纳米片和/或石墨薄片，其中石墨薄片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数，导电炭黑颗粒的平均粒径为1nm～1000nm，且碳纳米管是单壁或多壁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属基底的腐蚀防护本专利技术涉及金属基底的腐蚀防护
特别的，本专利技术涉及比如但不限于铝和铝合金的金属基底的腐蚀防护。已知的用于为金属基底提供腐蚀防护的组合物通常被称为抑制性涂料和抑制性组合物。这种涂料和组合物主要用作底漆，因为它们通过涂料的成分/颜料与金属基底的反应起作用。抑制机制依赖于金属的钝化以及在金属基底表面上的氧化物层和金属络合物的积累。氧化物和金属络合物阻碍了侵蚀性物质向基底的金属的转移。抑制性涂层的活性成分/颜料通常是微溶于水的，并产生抑制金属基底持续腐蚀的活性物质。目前使用的活性成分/颜料通常是铬酸盐，但也使用其他种类，如磷酸盐、钼酸盐、硝酸盐、硼酸盐和硅酸盐。由于对环境、健康和安全的日益关注，活性成分/颜料的选择受到越来越多的监管压力。欧盟现有的法规限制了可用做抑制性涂料的材料。铬(VI)化合物已获得REACH(2008附录XIV)的授权。与防腐颜料相关的其他立法措施包括ELV(报废车辆)指令，该指令规定从2003年起逐步淘汰含铅颜料，从2007年起逐步淘汰底漆中和预处理期间铬(VI)的使用。其他法规包括WEEE(报废电子电气设备指令，2002)和RoHS(限制在电子电气产品中使用有害物质的指令，2002)，这些指令限制在大型家电中使用六价铬。美国OSHA(职业安全与健康管理局，2006)将员工允许接触的铬(VI)浓度从52μg/m3降至5μg/m3。鉴于磷酸锌对水生生物具有毒性，并可能对水生环境造成长期不利影响，因此磷酸锌也越来越受到关注。意外摄入活性成分/色素可能会损害个人健康。可溶性锌盐会刺激和腐蚀消化道，伴随着疼痛和呕吐。抑制性颜料的机理是基于颜料被扩散到涂层中的水部分溶解。在基底表面，溶解的离子发生反应，形成使表面钝化的反应产物。关键是，活性成分/颜料具有足够高的溶解性，以释放离子进行反应。然而，过高的溶解度会导致涂层起泡。理想的抑制性涂层应形成防水和防有害离子的屏障，同时释放足够量的抑制性离子。这两个要求在原则上是对立的，并且抑制性涂层要求涂层的阻隔性能(渗透性越低，阻隔性能越好)和颜料溶剂化的能力以及产生的转移到涂层基底界面的离子(渗透性越高，离子的溶剂化和转移越大)之间的平衡。其他用于为金属基底提供腐蚀保护的已知组合物包含载体介质和至少0.1wt％的石墨烯片。石墨烯片可以直接分散到载体介质中，例如典型的涂层树脂体系，包括但不限于：交联树脂、非交联树脂、热固性丙烯酸树脂、氨基塑料、聚氨酯橡胶、氨基甲酸酯、聚酯、环氧树脂、有机硅、聚脲、硅酸盐、聚二甲基硅氧烷(采用三辊轧机的方法)。可选的，石墨烯可以通过溶剂分散体引入，其中可以使用支撑树脂和分散剂来获得最佳的分散性和稳定性。这种溶剂分散体可以使用超声波和珠磨加工的组合来制备。将石墨烯结合到树脂中可以使得石墨烯按照传统涂层形式递送，并且可以通过任意可用的传统方法(刷子、滚筒、空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂、旋转雾化、浸涂、流涂、淋涂和电涂)像这样递送。根据掺入浓度和干膜厚度，石墨烯将在涂层中形成多层石墨烯薄片。多层石墨烯薄片的存在为水的渗透及其携带的溶解氧或离子穿过涂层提供了复杂而曲折的路径。本专利技术的第一方面提供了一种适用于涂覆易受腐蚀的金属基底的组合物，其中该组合物包含载体介质、2D材料/石墨薄片，以及导电炭黑颗粒和碳纳米管中的一种或两种，其中2D材料/石墨薄片包括：一种或多种2D材料的纳米片和/或一种或多种层状2D材料的纳米片和/或石墨片，其中石墨片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数，导电炭黑颗粒具有1nm～1000nm的平均粒径，并且碳纳米管可以是单壁或多壁。2D材料(有时称为单层材料)是由单层原子组成的晶体材料。层状2D材料由多层2D材料组成，所述层状2D材料被微弱地堆叠或结合以形成三维结构。2D材料和层状2D材料的纳米片具有纳米级或更小的厚度，并且它们的其他两个维度通常在比纳米级更大的尺寸上。在本专利技术的组合物中使用的2D材料可以是石墨烯(C)、石墨炔(C)、磷烯(P)、硼墨烯(B)、或两种及以上前述材料的2D面内异质结构。层状2D材料可以是石墨烯(C)、石墨炔(C)、磷烯(P)、硼墨烯(B)、或两种及以上前述材料的2D垂直异质结构。优选的2D材料是石墨烯。优选的石墨烯材料是石墨烯纳米片、双层石墨烯纳米片、三层石墨烯纳米片、几层(few-layer)石墨烯纳米片和6～10层碳原子的石墨烯纳米片。石墨烯纳米片的厚度通常在0.3nm～3nm之间，横向尺寸在100nm～100μm之间。具有纳米尺寸的石墨片由至少包括10层碳原子。优选的，石墨片是具有纳米级尺寸和10～20层碳原子的石墨片，具有纳米级尺寸和10～14层碳原子的石墨片，具有纳米级尺寸和25或更少层碳原子的石墨片，具有纳米级尺寸和20～25层碳原子的石墨片。优选的，石墨片的横向尺寸在约100nm～100μm之间。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片是石墨烯薄片。石墨烯薄片包括石墨烯纳米片、双层石墨烯纳米片、几层(few-layer)石墨烯纳米片和/或具有纳米级尺寸和25层或更少层的石墨薄片中的一种或两种及以上的混合物。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片占组合物总重的0.002wt％～0.09wt％。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片、导电炭黑颗粒和碳纳米管的总重量占组合物总重的0.002wt％～0.09wt％。在本专利技术的一些实施方式中，至少50wt％的2D材料/石墨薄片包括具有纳米级尺寸和25层或更少层的石墨薄片。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管的组合占组合物总重的0.002wt％～0.004wt％，占组合物总重的0.003wt％～0.004wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.04wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.0035wt％，占组合物总重的0.006wt％～0.009wt％，占组合物总重的约0.003wt％，或占组合物总重的约0.03wt％。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片占组合物总重的0.002wt％～0.004wt％，占组合物总重的0.003wt％～0.004wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.04wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.0035wt％，占组合物总重的0.006wt％～0.009wt％，占组合物总重的约0.003wt％，或占组合物总重的约0.03wt％。在本专利技术的一些实施方式中，2D材料/石墨薄片的重量与2D材料/石墨薄片&导电炭黑颗粒和/或碳纳米管的总重量之比为50％、60％、70％、80％、20％、30％、40％、50％～60％、50％～70％、50％～80％、20％～50％、30％～50％、40％～50％、20％～80％、30％～70％或40％～60％。使用这种组合物的涂层已经被发现具有组合的2D材料/石墨薄片、导电炭黑颗粒和/或碳纳米管的堆积密度，该堆积密度足够低，使得基本上所有的2D材料/石墨薄片、导电炭黑颗粒和/或碳纳米管被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于涂覆易受腐蚀的金属基底的组合物，其中该组合物包括载体介质、2D材料/石墨薄片以及导电炭黑颗粒和碳纳米管中的一种或两种，其中2D材料/石墨薄片包含一种或多种2D材料的纳米片和/或一种或多种层状2D材料的纳米片和/或石墨薄片，其中石墨薄片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数，导电炭黑颗粒的平均粒径为1nm～1000nm，且碳纳米管是单壁或多壁。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180206 GB 1801931.51.一种适用于涂覆易受腐蚀的金属基底的组合物，其中该组合物包括载体介质、2D材料/石墨薄片以及导电炭黑颗粒和碳纳米管中的一种或两种，其中2D材料/石墨薄片包含一种或多种2D材料的纳米片和/或一种或多种层状2D材料的纳米片和/或石墨薄片，其中石墨薄片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数，导电炭黑颗粒的平均粒径为1nm～1000nm，且碳纳米管是单壁或多壁。


2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述2D材料/石墨薄片包括以下一种或多种：石墨烯，石墨炔，磷烯，硼墨烯，石墨烯石墨炔磷烯和/或硼墨烯中的两种及以上的2D面内异质结构，层状石墨烯，层状石墨炔，层状磷烯，层状硼墨烯，石墨烯石墨炔磷烯和/或硼墨烯中的两种及以上的2D垂直异质结构和/或石墨薄片中，其中所述石墨薄片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数。


3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管的组合占组合物总重的0.002wt％～0.09wt％，组合物总重的0.002wt％～0.004wt％，组合物总重的0.0026wt％～0.04wt％，组合物总重的0.0026wt％～0.0035wt％，组合物总重的0.006wt％～0.009wt％，组合物总重的约0.003wt％，或组合物总重的约0.03wt％。


4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中2D材料/石墨薄片占组合物总重的0.002wt％～0.09wt％，占组合物总重的0.002wt％～0.004wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.04wt％，占组合物总重的0.0026wt％～0.0035wt％，占组合物总重的0.006wt％～0.009wt％，组合物总重的约0.003wt％，或组合物总重的约0.03wt％。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的组合物，其中2D材料/石墨薄片的重量与2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管的总重量之比为50％、60％、70％、80％、20％、30％、40％、50％～60％、50％～70％、50％～80％、20％～50％、30％～50％、40％～50％、20％～80％、30％～70％或40％～60％。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的组合物，其中至少50％的2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管不与任何其他2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管进行物理和/或电接触。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的组合物，其中2D材料/石墨薄片和导电炭黑颗粒和/或碳纳米管中的至少一种的D50平均粒径分布为小于30μm，小于20μm或小于15μm。


8.根据权利要求1～7中任一项所述的组合物，其中2D材料/石墨薄片包括石墨烯、层状石墨烯和/或石墨薄片中的一种或多种，其中所述石墨薄片具有纳米级尺寸和25层或更少的层数，且其中至少50％的石墨烯、层状石墨烯和/或石墨薄片在20℃下的电导率大于约2.15×107S/m或大于约3.5×107S/m。


9.根据权利要求1～8中任一项所述的组合物，其中至少50％的导电炭黑颗粒在20℃下的电导率大于约1.0×104S/m。


10.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·韦佛，马修·大卫·夏普，加文·约翰逊，
申请(专利权)人：应用石墨烯材料英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB