一种改性环氧涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于防腐涂料技术领域，具体提供一种改性环氧涂料及其制备方法与应用。

背景技术

零件腐蚀是水环真空泵效率降低和失效的主要原因之一。海水是一种含盐量高、温度低且湿度大的强腐蚀性介质，对绝大多数的金属材料具有很强的腐蚀性，而且海洋环境下的气体具有高湿、高盐的特点，水环真空泵长期在此环境下工作极易发生腐蚀现象，严重影响设备的可靠性和安全性，因此优良的防腐材料对设备的保护尤为重要。

涂覆有机涂层是降低金属腐蚀速率最常用的方法，它凭借着阻隔性高、防腐性好、施工方便、成本低廉及适用范围广等优点在防腐领域被广泛的应用。环氧涂料由于具有结合强度高、机械性能优良和经济效益良好等优点，在海洋工业装备中应用广泛。但是环氧涂层固化后会产生肉眼不可见的微孔和裂纹等缺陷，外部腐蚀介质极易通过涂层的缺陷达到金属表面，使涂层失效的同时加剧金属的腐蚀。因此，提高环氧涂层性能，制备使用寿命更长、耐腐蚀性更好的环氧涂料意义重大。

发明内容

针对现有技术中环氧涂料使用寿命短、耐腐蚀性差的问题，本发明提供一种改性环氧涂料的制备方法，先利用氧化钕对聚苯胺改性，将聚苯胺从簇状结构转变成线棒状结构，缓解聚苯胺易团聚的现象，再将聚苯胺-氧化钕复合材料与环氧树脂以一定比例组合复配，能有效提高环氧涂料与金属的结合强度，增加涂层的硬度。本发明所提供的改性环氧涂料，具有耐盐雾、附着性良好、耐冲击、能够抑制海洋微生物腐蚀的特点，可有效解决现有环氧涂料存在的耐腐蚀性能差，使用寿命短的问题，尤其适用于海洋水环泵防腐领域。

本发明第一方面提供一种改性环氧涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：向去离子水中加入磺基水杨酸，在冰水浴下搅拌均匀，然后加入苯胺和氧化钕，搅拌后得到苯胺-氧化钕溶液；

S2：将过硫酸铵溶液滴加到苯胺-氧化钕溶液中进行反应，对产物进行抽滤并洗涤直至中性，最后收集沉淀，通过真空干燥、研磨得到聚苯胺-氧化钕复合材料；

S3：将丙酮和聚苯胺-氧化钕复合材料加入到环氧树脂中，充分搅拌后加入邻苯二甲酸二丁酯和乙酸乙酯，搅拌均匀后超声分散，再添加固化剂和流平剂继续搅拌，抽真空去除气泡后得到改性环氧涂料。

进一步的，磺基水杨酸、苯胺、氧化钕、过硫酸铵与去离子水的质量比为0.04~0.06g:0.02~0.04mL:0.002~0.01g:0.08~0.1g:1mL。

进一步的，过硫酸铵溶液浓度为0.3~0.5mol/L，过硫酸铵溶液的滴加时长为20~30min。

进一步的，步骤S2中，过硫酸铵溶液滴加到苯胺-氧化钕溶液中后，反应15~18h再对产物进行抽滤；真空干燥温度为60~70℃，时间为20~24h。

进一步的，所述环氧树脂为环氧树脂E44。

进一步的，丙酮、聚苯胺-氧化钕复合材料与环氧树脂的质量比为0.1:0.02~0.1:1；邻苯二甲酸二丁酯、乙酸乙酯与环氧树脂的质量比为0.1:0.1:1。

进一步的，所述固化剂为聚酰胺650固化剂、改性脂肪胺593固化剂、酚醛胺T-31固化剂的任意一种，加入量与环氧树脂的质量比分别为0.4~0.6:1、0.15~0.35:1、0.2~0.26:1。

进一步的，所述流平剂为BYK-333流平剂，流平剂与环氧树脂的质量比为0.01:1。

进一步的，步骤S3中，将丙酮和聚苯胺-氧化钕复合材料加入到环氧树脂中后，搅拌时间为5~6min；加入邻苯二甲酸二丁酯和乙酸乙酯后，搅拌时长为20~30min，超声分散时间为20~30min；加入固化剂和流平剂后，使用电动搅拌器进行搅拌，电动搅拌器的转速为200~300r/min，搅拌时间为8~10min；抽真空的时间为8~10min。

本发明第二方面提供一种上述改性环氧涂料的制备方法得到的改性环氧涂料。

本发明第三方面提供一种上述改性环氧涂料在海洋环境下水环真空泵防腐中的应用，具体方法为：将涂料均匀的涂刷在金属表面，在真空干燥箱中以60~70℃固化20~24h，获得厚度为200±15μm的涂层，获得的涂层能有效防止金属在海洋环境下的腐蚀。

上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

1.本发明在制备过程中添加的氧化钕材料，能够引导聚苯胺从簇状结构变成线棒状结构，并且团聚现象得到明显的改善，从而使涂料能够更加均匀地涂覆在金属表面，获得良好的致密性。

2.本发明的改性环氧涂料的有效成分由聚苯胺-氧化钕复合材料与环氧树脂以一定的质量比例组合复配而成，聚苯胺-氧化钕复合材料的添加能够提高涂料与金属的结合强度，增加涂层的硬度，提高金属的防腐蚀性能，有效防止微生物的侵害，延长金属工件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的改性环氧涂料的制备流程及涂覆过程图；

图2为本发明实施例2中改性环氧涂料的电化学测试Nyquist图；

图3为本发明实施例2中改性环氧涂料的电化学测试Bode图；

图4为本发明实施例2中改性环氧涂料的极化曲线图；

图5为本发明实施例2中改性环氧涂料的接触角测试结果图；

图6为SEM图，其中：a为单纯聚苯胺材料的SEM图；b为实施例2中的聚苯胺-氧化钕复合材料的SEM图。

具体实施方式

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种改性环氧涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：向50ml去离子水中加入2g磺基水杨酸，在冰水浴下搅拌均匀，然后加入1ml苯胺和0.1g氧化钕，搅拌20min后得到苯胺-氧化钕溶液；

S2：在50ml去离子水中加入4g过硫酸铵，搅拌均匀，得到过硫酸铵溶液；将过硫酸铵溶液滴加到苯胺-氧化钕溶液中进行反应，滴加时间为20min，滴加后继续反应15h，然后对产物进行抽滤并洗涤直至中性，最后收集沉淀，通过70℃下真空干燥20h、研磨得到墨绿色粉末产物，即聚苯胺-氧化钕复合材料；

S3：将0.5g丙酮和0.5g聚苯胺-氧化钕复合材料加入到5g环氧树脂E44中，充分搅拌6min后加入0.5g邻苯二甲酸二丁酯和0.5g乙酸乙酯，继续搅拌20min直到呈现均匀状态，接着超声分散30min，再添加2.5g聚酰胺650固化剂和0.05gBYK-333流平剂，采用电动搅拌器以200r/min的速率搅拌8min，再抽真空10min除去气泡，得到改性环氧涂料。

实施例2

本实施例提供一种改性环氧涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：向50ml去离子水中加入2.54g磺基水杨酸，在冰水浴下搅拌均匀，然后加入1.6ml苯胺和0.3g氧化钕，搅拌20min后得到苯胺-氧化钕溶液；

S2：在50ml去离子水中加入4.56g过硫酸铵，搅拌均匀，得到过硫酸铵溶液；将过硫酸铵溶液滴加到苯胺-氧化钕溶液中进行反应，滴加时间为30min，滴加后继续反应18h，然后对产物进行抽滤并洗涤直至中性，最后收集沉淀，通过60℃下真空干燥24h、研磨得到墨绿色粉末产物，即聚苯胺-氧化钕复合材料；

S3：将0.5g丙酮和0.4g聚苯胺-氧化钕复合材料加入到5g环氧树脂E44中，充分搅拌5min后加入0.5g邻苯二甲酸二丁酯和0.5g乙酸乙酯，继续搅拌30min直到呈现均匀状态，接着超声分散30min，再添加1.3g改性脂肪胺593固化剂和0.05gBYK-333流平剂，采用电动搅拌器以300r/min的速率搅拌10min，再抽真空10min除去气泡，得到改性环氧涂料。

实施例3

本实施例提供一种改性环氧涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：向50ml去离子水中加入3g磺基水杨酸，在冰水浴下搅拌均匀，然后加入2ml苯胺和0.5g氧化钕，搅拌20min后得到苯胺-氧化钕溶液；

S2：在50ml去离子水中加入5g过硫酸铵，搅拌均匀，得到过硫酸铵溶液；将过硫酸铵溶液滴加到苯胺-氧化钕溶液中进行反应，滴加时间为25min，滴加后继续反应16h，然后对产物进行抽滤并洗涤直至中性，最后收集沉淀，通过60℃下真空干燥24h、研磨得到墨绿色粉末产物，即聚苯胺-氧化钕复合材料；

S3：将0.5g丙酮和0.1g聚苯胺-氧化钕复合材料加入到5g环氧树脂E44中，充分搅拌5min后加入0.5g邻苯二甲酸二丁酯和0.5g乙酸乙酯，继续搅拌30min直到呈现均匀状态，接着超声分散30min，再添加1g酚醛胺T-31固化剂和0.05gBYK-333流平剂，采用电动搅拌器以300r/min的速率搅拌10min，再抽真空8min除去气泡，得到改性环氧涂料。

性能测试：通过羊毛刷将实施例1~3制备的改性环氧涂料均匀的涂刷在金属表面，在真空干燥箱中60℃固化24h，获得厚度为200±15μm的涂层，用电化学工作站测试其防腐性能，测试结果如表1所示，图2和图3分别为实施例2中改性环氧涂料制备形成的涂层的Nyquist图和Bode图，图4为实施例2中改性环氧涂料制备形成的涂层的极化曲线图，曲线的最低点横坐标是腐蚀电位，图5为实施例2中改性环氧涂料制备形成的涂层的接触角测试结果图。

表1

由表1可以看出，本发明实施例1~3制备的改性环氧涂料固化后的涂层耐腐蚀性能优异，能够应用于海洋环境中的水环真空泵等金属表面的防护，具有良好的防腐性能。这主要归功于氧化钕材料的添加，从图6可以看出，氧化钕的添加能够使聚苯胺从簇状结构变成线棒状结构，并且团聚现象得到明显的改善，有助于涂料能够更加均匀地涂覆在金属表面，获得良好的致密性。