一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂制造技术

本发明专利技术涉及金属材料防腐技术领域和建筑工程领域，具体公开了一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂，该微胶囊内层为氧化钙内核，外层为偏硅酸钠胶囊壳；其制备方法为将将氢氧化钙固体机械粉碎并过筛，并与偏硅酸钠水合物机械搅拌混合，最后在机械搅拌条件下高温煅烧；该氧化钙微胶囊添加剂制备方法简单、使用方便、环保无污染，能够修复环氧涂料的缺陷和破损孔洞/缝隙，从而抑制钢板桩点蚀和穿孔腐蚀的发生，延长环氧涂层的使用寿命。延长环氧涂层的使用寿命。延长环氧涂层的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂


[0001]本专利技术涉及金属腐蚀防护
和建筑工程领域，具体为一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂。

技术介绍

[0002]钢板桩因具有强度高、隔水性好、耐久性强、可重复使用、能够显著降低土方量和施工量等优点，广泛应用于码头、卸货场、堤防护岸、防波堤、导流堤、船坞、闸门、临时扩岸、建桥围堰等海洋工程建设中。钢板桩主要材质包括碳素钢和低合金钢，其在海水介质中会发生严重的腐蚀，涂层保护是钢板桩的腐蚀防护的重要手段之一。其中环氧涂料因为具有较好的机械强度和附着力、优异的抗渗防腐性、较小的固化收缩率、优良的耐海水腐蚀性能，而广泛应用于钢板桩的涂装防护。
[0003]环氧涂料在涂装、吊运、打桩等施工过程中，难以避免会出现少量缺陷和局部破损。服役过程中，在海水介质中极易诱发大阴极、小阳极形式的局部腐蚀，易于在缺陷、破损处形成点蚀，甚至发生腐蚀穿孔，从而导致涂层起皮、脱落而失去保护作用(图2)。提高溶液的pH值可以有效抑制钢铁的点蚀和局部腐蚀的发生，其中CaO具有较强的碱性并且价格低廉，可以用于改善钢板桩局部腐蚀的发生。但是如果直接将CaO涂覆在钢板桩表面，其快速与水、溶解态二氧化碳反应转变为CaCO3而碱性消失，进而导致涂层失效。将CaO颗粒以微胶囊形式添加进环氧树脂涂料中可以解决CaO失效的问题，当环氧涂层受损时，CaO微胶囊能够通过两种途径对涂层进行修复：(1)CaO颗粒与H2O反应生成Ca(OH)2,并溶解在破损涂层间隙内的水溶液中，提高了间隙内的pH值，铁元素在高pH值条件下发生氧化反应时生成致密铁氧化物和铁氢氧化物层，固相铁氧化物/氢氧化物层对钢基体形成保护，从而抑制了点蚀和局部腐蚀的发生(图3)；(2)CaO颗粒与水溶液接触先转变为Ca(OH)2,然后进一步转化为不溶于水的CaCO3，转变过程体积发生膨胀，从而填补受损间隙。CaO由于具有强碱性，当其与环氧涂料直接接触时，易于导致环氧树脂变性，从而使涂层强度下降。偏硅酸钠(Na2SiO3)接近于中性，能够同时与CaO和环氧树脂稳定共存，在氧化钙颗粒表面制备一层Na2SiO3壳层，形成CaO微胶囊，可以有效解决环氧树脂变性问题。另外，Na2SiO3易溶于水，当环氧涂层破损时，Na2SiO3能够快速溶解并释放出CaO。
[0004]偏硅酸钠熔点较高(1088℃)，不方便制备微胶囊核壳结构，但是偏硅酸钠水合物熔点较低(Na2SiO3·
9H2O熔点48℃)。将Na2SiO3·
9H2O温度控制在熔点(48℃)和脱水温度(75℃)之间可以制备成浓稠状流体，通过机械搅拌形式可以将其涂覆在CaO颗粒表面。因为CaO能够直接与Na2SiO3·
9H2O中的结晶水反应生成Ca(OH)2，不利于包覆过程，所以直接采用Ca(OH)2作为前驱体，在其表面涂覆一层Na2SiO3·
9H2O，然后通过高温煅烧，使Ca(OH)2和Na2SiO3·
9H2O脱水，形成CaO/NaSiO3核壳结构微胶囊。Ca(OH)2的转变为CaO的起始温度为580℃，煅烧温度应高于580℃，而Ca(OH)2与Na2SiO3发生反应的起始温度为800℃，所以煅烧温度应低于800℃。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂。该添加剂能够修复环氧涂料的缺陷和破损孔洞/缝隙，从而抑制点蚀和穿孔腐蚀的发生，延长涂层的使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂，其特征为由微胶囊结构组成，其中内层为氧化钙(化学分子式CaO)内核，外层为偏硅酸钠(化学分子式Na2SiO3)胶囊壳。其制备步骤为：首先将氢氧化钙固体机械粉碎并过筛；然后将粉碎后氢氧化钙颗粒与偏硅酸钠水合物机械搅拌混合；最后将混合后颗粒在机械搅拌条件下高温煅烧制备得到氧化钙微胶囊。
[0007]优选地，所述氧化钙内核尺寸为10μm
‑
500μm，偏硅酸钠胶囊壳厚度为1μm
‑
30μm。
[0008]优选地，所述偏硅酸钠水合物为Na2SiO3·
8H2O、Na2SiO3·
9H2O的任意一种。
[0009]优选地，所述的机械搅拌混合温度为48℃
‑
75℃。
[0010]优选地，所述的高温煅烧温度为580℃
‑
800℃。
[0011]本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0012]本专利技术提供的环氧涂料自修复微胶囊添加剂，能够修复环氧涂料的缺陷和破损孔洞/缝隙，从而抑制点蚀和穿孔腐蚀的发生，延长涂层的使用寿命。
[0013]本专利技术提供的环氧涂料自修复微胶囊添加剂，其修复空隙的最终产物为Fe2O3、Fe(OH)3、CaCO3，均为无毒无害物质，对周围环境无污染。
[0014]本专利技术提供的环氧涂料自修复微胶囊添加剂，其原料价廉易得，并且加工制备方法简单，使用方便。
附图说明
[0015]图1为本专利技术环氧涂料自修复微胶囊结构示意图；
[0016]图2为涂装环氧涂料的钢板桩的局部腐蚀原理图；
[0017]图3为氧化钙微胶囊对环氧涂层的修复机理图；
[0018]图中：
[0019]1、氧化钙内核；2、偏硅酸胶囊壳；3、钢板桩；4、环氧涂层；
[0020]5、氧化钙微胶囊。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术的实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例1
[0023]本案例以氢氧化钙为前驱体，通过机械粉碎过筛、与Na2SiO3·
9H2O混合并机械搅拌(50℃)、机械搅拌下高温煅烧(600℃)等步骤，制备得到偏硅酸钠包覆的氧化钙微胶囊。
其中氧化钙内核尺寸为10μm，偏硅酸钠胶囊壳厚度为1μm。将该氧化钙微胶囊添加进入环氧涂料中，并涂装在某码头钢板桩(Nippon Steel Corporation生产的Mariner型钢板桩)表面，经过1年的服役实验，发现环氧涂层保持完整，钢板桩没有明显的腐蚀现象发生。
[0024]对比例1
[0025]本案例将环氧涂料涂装在某码头钢板桩(Nippon Steel Corporation生产的Mariner型钢板桩)表面，经过1年的服役实验，发现环氧涂层发生严重的起泡现象，气泡部位钢板桩发生严重的腐蚀穿孔现象。
[0026]实施例2
[0027]本案例以氢氧化钙为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂，其特征在于：该添加剂由微胶囊结构组成，其中内层为氧化钙内核，其化学分子式CaO，外层为偏硅酸钠胶囊壳，其化学分子式Na2SiO3；其制备步骤为：S1:将氢氧化钙固体机械粉碎并过筛；S2:将粉碎后氢氧化钙颗粒与偏硅酸钠水合物机械搅拌混合；氢氧化钙颗粒与偏硅酸钠水合物比例为4:1～100:1；S3:将混合后颗粒在机械搅拌条件下高温煅烧制备得到氧化钙微胶囊。2.如权利要求1所述的一种钢板桩用环氧涂料自修复微胶囊添加剂，其特征在于:所述氧化钙内核尺寸为10μm
‑
500μm，偏硅酸钠胶囊壳厚度为1μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔梁，麦宇雄，王征亮，李建宇，郝志斌，范学勇，
申请(专利权)人：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：