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一种高性能金属防护纳米涂层的制备方法专利背景

2022/07/16267 作者:佚名
导读:金属材料是最重要的工程材料之一,广泛应用于国民经济建设的各个领域。在实际应用中,由于环境中的各种酸、碱、盐腐蚀以及潮湿环境的侵蚀作用,金属材料将失去原有的光泽和美感,表观性能遭受严重破坏。伴随腐蚀向金属基体内部蔓延和腐蚀程度的加剧,金属材料将丧失原有的完整结构和优良性能,最终酿成安全事故。虽然提前更换已经锈蚀的金属材料能够降低安全风险,但是,频繁更换金属材料又将造成极大的资源、能源浪费。据2003

金属材料是最重要的工程材料之一,广泛应用于国民经济建设的各个领域。在实际应用中,由于环境中的各种酸、碱、盐腐蚀以及潮湿环境的侵蚀作用,金属材料将失去原有的光泽和美感,表观性能遭受严重破坏。伴随腐蚀向金属基体内部蔓延和腐蚀程度的加剧,金属材料将丧失原有的完整结构和优良性能,最终酿成安全事故。虽然提前更换已经锈蚀的金属材料能够降低安全风险,但是,频繁更换金属材料又将造成极大的资源、能源浪费。据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》报道,中国石油工业的金属腐蚀损失约100亿人民币/年,汽车工业的金属损失约300亿人民币/年,化学工业的金属损失也约为300亿人民币/年。金属腐蚀带来的损失非常严重,因此,如何合理的使用和保护金属材料,防止或减弱对金属材料的腐蚀,延长金属材料的服役时间,对国民经济的可持续发展具有积极意义。

金属或合金的腐蚀,主要是化学作用或电化学作用引起的破坏,有时还同时包含机械、物理或冲刷的破坏作用。由于腐蚀和破坏作用都最先产生于金属基体的表面,因而,金属材料的防护很大程度上受制于其表面处理和保护技术。金属表面涂层技术就是通过在金属基体表面和腐蚀介质之间建立一道人工屏障——涂层来达到阻止和延缓金属腐蚀和破坏的目的。2009年2月前,金属的防腐蚀涂层主要有三大类:第一、金属的阳极保护涂层,即在某种金属表面镀覆一种电极电位较低的金属材料,在腐蚀环境中电位较低的金属材料首先被腐蚀而起到一种保护作用(如:钢铁表面镀覆金属锌、铬等金属);第二、金属的阳极保护涂层,即在金属表面镀覆一种电位较高的耐腐蚀金属材料,在腐蚀环境中将低电位金属完全包覆,把低电位金属与腐蚀性物质隔绝开来(如:钢铁表面镀铜);第三、金属表面的非金属涂层,即在金属表面涂覆有机、无机或有机—无机复合涂层,将易于腐蚀的金属基体与腐蚀性物质完全隔绝,从而达到有效避免金属材料基体腐蚀和破坏的目的。前两类涂层都需要采用化学电镀工艺,不但工艺复杂、能耗高、成本高,而且生产过程中还有可能产生大量有毒致癌物质,因而这两类防腐涂层的应用正逐步受到限制。而基于非金属涂层的有机—无机纳米防护涂层技术是近十多年兴起的一项新技术。它不但综合了有机涂层附着力高、柔韧性好以及无机涂层硬度高、耐久性好的优良特性,对金属材料基体具有更强的防护作用,而且对基体金属的适应性强,制造工艺简单,工业化成本低。

有机—无机纳米防护涂层中的无机增强相的选择极为关键。纳米氧化物俗是一类极其重要的无机新材料,广泛应用于橡胶、塑料、电子、涂料、陶(搪)瓷、颜料、胶粘剂、化妆品、玻璃钢、化纤、有机玻璃、环保等诸多领域。纳米氧化物作为有机—无机金属防护纳米涂料的重要填料能显著改善涂膜硬度、耐刮伤性、拉伸强度及耐候性等性能。但是,由于纳米氧化物粒径很小,比表面积较大,分子间引力和静电引力也相当高,极易相互吸附而引发团聚。因此,如果要充分发挥其在改善涂膜硬度、耐刮伤性、拉伸强度、耐腐蚀和耐候性方面的重要作用,就必须解决纳米氧化物在有机树脂中的分散问题。

截至2009年2月,对于金属防护纳米涂料的生产和研究(可参阅中国专利CN1403516,CN1401718)绝大部分仍采用共混工艺,即所有原料在树脂体系中通过简单混合制成涂料。这种方法虽然工艺简单,但涂料中纳米粒子分散均匀性差,涂料的性能难以得到提升。虽有研究通过水解氧化物前驱物原位生成改性氧化物凝胶树脂来制备纳米防护涂料(可参阅中国专利CN101307194),但这也仅局限于无机氧化物相的原位制备,并且这种方法的工业化瓶颈在于所生成的纳米氧化物的表面改性非常困难。2009年2月前,许多纳米氧化物颗粒的生产和表面改性已经实现了商业化,但对于直接将表面亲油的纳米氧化物颗粒在稀释剂中预分散,然后在该悬浮液中通过原位聚合生成丙烯酸树脂,再与环氧树脂、稀释剂和助剂混合球磨配制纳米氧化物—丙烯酸—环氧树脂涂料,最后将该涂料涂装于清洁的金属基材表面,经加热固化制成高性能金属防护纳米涂层的制备方法未见报道。

《一种高性能金属防护纳米涂层的制备方法》在上述技术背景下,提出一种新的高性能金属防护纳米涂层的制备方法,以提高纳米氧化物在有机树脂网络中的分散度,提升金属纳米涂料的防护性能。

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