含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，所述自修复涂层由底层、中间层、顶层组成，所述底层和顶层由环氧树脂基料组成，所述中间层为功能层，由自修复体系与环氧树脂基料组成，所述自修复体系由木质纤维素载体与聚天冬氨酸缓蚀剂组成；所述木质纤维素载体的添加量为自修复体系的20wt.％。其制备方法步骤如下：S1、环氧树脂基料的制备；S2、自修复体系的制备；S3、功能层的制备；S4、涂层的涂覆方法。本发明专利技术采用的木质纤维素载体与聚天冬氨酸缓蚀剂具有以下优点：1、均绿色环保无污染；2、均可提高涂层耐蚀性，可实现自修复涂层双重修复；3、稳定性好、成本低、相容性好，不会降低涂层机械性能；4、制备方法简单，利于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层及其制备方法
本专利技术属于金属防腐蚀涂层
，尤其是涉及一种含有植物纤维为缓蚀剂载体和环保型缓蚀剂聚天冬氨酸的防腐蚀自修复涂层及其制备方法。
技术介绍
金属腐蚀在生活中随处可见，并对国家造成巨大经济损失，且一些电气设备、交通工具等的腐蚀具有严重的安全隐患，威胁人们的生命安全。因此，减缓与控制金属的腐蚀问题，是减少国民经济损失的关键问题之一，且具有非常重要的现实意义。防止金属腐蚀的方法种类繁多，其中聚合物涂层因能为腐蚀物质提供致密的屏障，对防止金属结构免受腐蚀起到很大的效果，且具有不导电、成本低、操作简单等特点而受到人们的青睐。但是涂层在使用过程中，会发生破坏，尤其是遭受外部压力而造成的机械损伤，使得涂层产生裂纹甚至脱落，从而使金属表面再次裸露在腐蚀介质中发生腐蚀。因而，能够自主进行修复的自修复涂层成为当下防腐蚀研究领域的热点。在早期的自修复涂层研究中，向涂层中添加磷化物、铬化物、钼酸、和铈等物质可有效提高自愈性能，但这类自修复涂层会对环境造成污染，铬化物更是因为会对人体致癌而在很多国家明令禁止使用。所以科研人员逐渐将研究方法转向采用环保的微纳米容器来装载缓蚀剂，并将其添加到聚合物涂层中来实现功能化。虽然装载缓蚀剂的纳米容器并不具有危害性，但是为了使得制备的自修复涂层具有较高的耐蚀性，较多的科研人员仍然会选用对人体有害的缓蚀剂，例如苯并三氮唑(BTA)、巯基苯骈噻唑(MBT)等，因此在自修复涂层研究中应注意选择缓蚀剂需符合绿色环保的发展要求。目前，以介孔SiO2为微纳米容器的自修复涂层研究最受科研工作者的欢迎。这种方法是通过将带有聚电解质、纳米粒子、酶等相反电荷的物质从其溶液中逐层(LBL)沉积到基底表面的技术，从而在SiO2外制备储层，该储层具有以纳米厚度精度组装的调节存储/释放特性。专利CN105623475A《一种环境友好型纳米容器的自愈合涂层的制备方法》报道的自修复涂层，就是选用纳米SiO2为容器来作为载体，以绿色环保的壳聚糖与聚天冬氨酸作为缓蚀剂交替沉积在SiO2表面。虽然这种自修复涂层具有快速响应性，但是SiO2并不能作为所有缓蚀剂的载体，且负载缓蚀剂的量较少，因此上述专利在选用聚天冬氨酸作为缓蚀剂的同时，又在外层包裹一层具有协同作用的壳聚糖，虽然提高缓蚀剂负载量，但却增加了制备的复杂性。且当其加入到涂层中的量较少时，难以达到修复效果，另外由于包有修复剂SiO2与聚合物相容性差，增加其含量则会降低涂层的粘结力及物理性能。因此这些缺点极大的限制了其在工业生产中的应用。综合目前的研究，未来的自修复涂层需要在保证绿色环保的情况下，同时兼顾载体的负载量多少、与涂层相容性、对涂层机械性能影响等。在《微细化植物纤维在树脂基纤维复合材料中的应用及趋势》文章中记载，植物纤维素绿色环保，与聚合物有良好的相容性，可用于树脂基机械性能的增强。同时专利CN106414505A《表面改性的纤维素纳米纤维、生物复合树脂组合物及其制造方法》中也报道了一种纤维素增强复合树脂材料的制备。但此类研究局限于复合材料，且复合材料并未涉及涂膜耐蚀性方面研究，若能将增强涂层基体的纤维素应用到自修复涂层制备中可为自修复涂层的研究提供一种新的方法。综上所述，如何选择可以提高涂层耐蚀性与机械性的缓蚀剂载体以及环保型缓蚀剂，成为自修复防腐蚀涂层未来发展需要解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是研发一种绿色环保、自修复性好的自修复涂层，提供一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层及其制备方法，当涂层发生损伤时，缓蚀剂载体与缓蚀剂可双重实现涂层自修复，而且制备方法简单易行，两者的选择均安全无毒，符合绿色环保发展要求。为了实现上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，所述自修复涂层由底层、中间层、顶层组成三明治形式的复合层结构；所述底层和顶层由环氧树脂基料组成；所述中间层为功能层，由自修复体系材料与环氧树脂基料组成，所述自修复体系材料由木质纤维素载体与聚天冬氨酸缓蚀剂组成。优选地，所述木质纤维素载体的直径为8～15μm，长度100～500μm，呈长的纤维状。优选地，按照质量百分比计算，所述环氧树脂基料包括如下成分：双酚A型环氧树脂E-51为64～67wt.％；固化剂T-31为15～17wt.％；二甲苯为12wt.％；环己酮为4wt.％；流平剂、消泡剂、分散剂混合作为助剂，助剂总量之和为1wt.％；其中二甲苯与环己酮以3：1的质量比混合作为稀释剂。优选地，双酚A型环氧树脂E-51、固化剂T-31与稀释剂的质量比为8：2：1。优选地，按照质量百分比计算，所述木质纤维素载体的添加量不高于自修复体系的33wt.％，占所述自修复涂层的比例不低于的1wt.％。优选地，按照质量百分比计算，所述聚天冬氨酸缓蚀剂的添加量不低于自修复体系的67wt.％，占所述自修复涂层的比例不低于的2wt.％。优选地，所述中间层的木质纤维素互相交错，从而形成对涂层起到支撑作用的三维网状结构。一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、环氧树脂基料的制备：首先二将甲苯与环己酮混合得到稀释剂，其次将双酚A型环氧树脂E-51、固化剂T-31及稀释剂搅拌均匀得到混合物，然后加入流平剂、消泡剂、分散剂搅拌后，制得环氧树脂基料，用于涂层的底层与顶层涂覆，及中间功能层的制备；S2、自修复体系的制备：将木质纤维素与聚天冬氨酸混合，玻璃棒搅拌至少5min后，在不低于500转/分的转速下搅拌至少3h后，得到自修复体系材料；S3、功能层的制备：在完成步骤S1、S2后，将自修复体系与环氧树脂基料搅拌混合，超声分散至少15min，制得功能层材料，作为智能涂层中间层，备用；S4、复合涂层的涂覆方法：采用逐层涂覆的方式将底层、中间层、顶层逐层涂覆于金属件表面，形成三明治形式的复合层结构。优选地，在所述步骤S1中，稀释剂是由二甲苯与环己酮以3：1的质量比混合所得。优选地，在所述步骤S1中，双酚A型环氧树脂E-51、固化剂T-31与稀释剂的质量比为8：2：1。优选地，在所述步骤S1中，流平剂、消泡剂、分散剂混合作为助剂，按照质量百分比计算，助剂总量之和为环氧树脂基料的1wt.％。优选地，在所述步骤S2中，所述木质纤维素载体的添加量不高于自修复体系的33wt.％。优选地，在所述步骤S3中，环氧树脂基料含量不高于功能层的97wt.％，自修复体系含量不低于功能层的3wt.％。优选地，在所述步骤S4中，底层、中间层、顶层的涂层厚度比为1：2：1，且每一层涂层涂覆完成后，室温表干至少24h，然后在不高于80℃的烘箱中干燥5h后，再进行下一层的涂覆，直至完成含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层的制备。优选地，中间层厚度不低于30μm。本专利技术与现有的自修复涂层制备方法相比，具有如下明显优势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：所述自修复涂层由底层、中间层、顶层组成三明治形式的复合层结构；所述底层和顶层由环氧树脂基料组成；所述中间层为功能层，由自修复体系材料与环氧树脂基料组成，所述自修复体系材料由木质纤维素载体与聚天冬氨酸缓蚀剂组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：所述自修复涂层由底层、中间层、顶层组成三明治形式的复合层结构；所述底层和顶层由环氧树脂基料组成；所述中间层为功能层，由自修复体系材料与环氧树脂基料组成，所述自修复体系材料由木质纤维素载体与聚天冬氨酸缓蚀剂组成。


2.根据权利要求1所述含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：所述木质纤维素载体的直径为8～15μm，长度100～500μm，呈长的纤维状。


3.根据权利要求1所述含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：按照质量百分比计算，所述环氧树脂基料包括如下成分：
双酚A型环氧树脂E-51为64～67wt.％；
固化剂T-31为15～17wt.％；
二甲苯为12wt.％；
环己酮为4wt.％；
流平剂、消泡剂、分散剂混合作为助剂，助剂总量之和为1wt.％；
其中二甲苯与环己酮以3：1的质量比混合作为稀释剂。


4.根据权利要求3所述含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：双酚A型环氧树脂E-51、固化剂T-31与稀释剂的质量比为8：2：1。


5.根据权利要求1所述含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：按照质量百分比计算，所述木质纤维素载体的添加量不高于自修复体系的33wt.％，占所述自修复涂层的比例不低于的1wt.％；
按照质量百分比计算，所述聚天冬氨酸缓蚀剂的添加量不低于自修复体系的67wt.％，占所述自修复涂层的比例不低于的2wt.％。


6.根据权利要求1所述含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层，其特征在于：所述中间层的木质纤维素互相交错，从而形成对涂层起到支撑作用的三维网状结构。


7.一种含有木质纤维素的防腐蚀自修复涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、环氧树脂基料的制备：
首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，范洪强，赵婷，刘异峰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31