一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法

本发明涉及海洋防腐涂层的合成，具体地说是一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法。

背景技术：

1、防腐涂层是一种通过形成保护性屏障直接阻挡金属表面腐蚀介质的简单方法。有机涂料由于其良好的机械性能和低成本，被广泛应用于表面涂层应用。针对涂层易损伤从而失去保护能力的问题，外援型自修复涂层凭借其裂纹愈合能力受到广泛关注。当涂层受损时，微/纳米容器释放修复剂以修复涂层缺陷，从而延长涂层的使用寿命。

2、近年来，水滑石(ldh)作为微/纳米容器在防腐领域的研究和应用越来越受到关注，水滑石是一种离子片状化合物，由带正电的八面体金属氢氧化物外层和用于电荷平衡的可交换阴离子插层组成。水滑石由于其层片状结构和优异的层间阴离子交换性能，作为涂层填料可有效地延缓抑制腐蚀介质氯离子在涂层中的扩散，缓蚀剂插层的水滑石结构也可与氯离子发生阴离子交换，在释放缓蚀剂的同时阻碍氯离子的扩散。然而由于其与涂层基底间相互作用较弱，极易发生团聚现象从而导致涂层缺陷的产生与腐蚀介质扩散通道的增加。因此，提高水滑石在涂层中的分散性仍是目前亟待解决的难题。

3、静电纺丝纳米纤维具有易成型、材料与形貌可控等优点，与有机涂层之间具有较好的相容性，在复合材料领域有广泛的应用。因此，本发明以纤维为基底，在其表面原位生长水滑石可以提高水滑石纳米片在涂层中的分散性。通过离子交换法对其进行缓蚀剂分子插层，实现水滑石结构对缓蚀剂的负载与释放性能，对氯离子的阻挡能力，增强复合涂层的长效耐腐蚀能力。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、1、一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法，其特征在于，该涂层由水滑石原位复合纤维填料和有机涂料组成，具体实现步骤如下：

4、1)聚合物和溶剂按照质量比0.1:1-1.5的比例配比混合，并在温度范围为60-80℃内，以400-700rmp的转速搅拌12-24小时；

5、2)将纺丝溶液注入装置中，进行静电纺丝，即得到前体纤维，具体地：

6、2.1)设置纺丝平移距离60-140mm，注射器容量为10ml，设置正电压15-22kv，负电压2.5-4kv，推注速率为1mm/min，接收速率100转/min，平移速度40mm/min，接收距离15cm；

7、2.2)纺丝8-12小时以后，可获得前体纤维；

8、3)将表面改性剂与缓冲液按照质量比1-5:100的比例配比混合，加入前体纤维使其充分浸润，实现对前体纤维进行表面处理，具体地：

9、3.1)取6g三羟甲基氨基甲烷(tris)溶解于500ml去离子水中，在搅拌状态下向其中滴入1.1ml盐酸(hcl)，随后将溶液倒入1l容量瓶中加去离子水定容配置得到ph=8.5的0.1mol/l的tris-hcl缓冲液；

10、3.2)将表面改性剂按照质量比1-5:100的比例溶到tris-hcl缓冲液中，于室温下搅拌2-5小时，接着加入前体纤维使其充分浸润，于200-500r/min的转速下室温搅拌12-18小时，取出表面处理后的纤维用去离子水清洗3次，最后置于真空干燥箱内60℃烘干，实现对前体纤维进行表面处理;

11、4)通过水热法在改性后的前体纤维表面直接生长水滑石，具体地：

12、4.1)将硝酸钴、硝酸铝、硝酸钠按照摩尔比1:1:2-5充分混溶到100ml去离子水中，期间滴加氨水溶液控制溶液ph值，滴定期间以800-1200rpm转速强烈搅拌溶液，获得混合溶液；

13、4.2)在混合溶液中加入纤维，超声处理30-60分钟后转移到高压反应釜中在100-150℃下反应4-12小时，待反应结束后冷却到室温下将产物取出，使用去离子水和无水乙醇清洗3次后于真空干燥箱内60℃烘干，得到水滑石原位复合纤维；

14、5)通过离子交换法对水滑石原位复合纤维进行缓蚀剂分子插层，具体地：

15、5.1)配置0.1mol/l的氢氧化钠溶液250ml，配制溶液用去离子水煮沸并通氮气处理20-40分钟;

16、5.2)将缓蚀剂与0.1mol/l氢氧化钠溶液按照质量比1-5:100的比例配比而成，将水滑石原位复合纤维加入溶液中，在60-80℃水浴下连续搅拌反应48-96小时，得到缓蚀剂插层水滑石原位复合纤维；

17、6)将获得的缓蚀剂插层水滑石原位复合纤维填料与有机涂料按照体积比1:1-5比例混合配比，涂布在金属基体表面，室温下干燥120-192小时，获得自修复涂层。

18、可选的，所述聚合物为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙二醇中的一种。

19、可选的，所述溶剂为丙酮、n，n二甲基甲酰胺、中的任意一种或几种。

20、可选的，所述表面改性剂为聚多巴胺、聚醚酰亚胺中的任意一种或几种。

21、可选的，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、没食子酸、2-巯基苯并噻唑中的任意一种。

22、可选的，所述有机涂料为环氧树脂、醇酸树脂、氟碳树脂中的任意一种。

23、本发明的一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法，与现有技术相比所产生的有益效果是：

24、1、本发明提供一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法。本发明以静电纺丝纤维为基底，在纤维表面原位生长水滑石纳米片，解决水滑石纳米片与有机涂层相容性差问题，实现水滑石在涂层基体中良好分散。

25、2、实验表明，本发明所合成的水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层，可以凭借水滑石的阴离子交换性能实现对腐蚀介质中氯离子的吸附，并且释放出的缓蚀剂在金属表面形成缓蚀膜，有效抑制金属腐蚀过程。

26、3、本发明的水滑石原位复合纤维增强有机涂料，为金属基底提供更长效稳定的保护能力。

技术特征：

1.一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法，其特征在于，该涂层由水滑石原位复合纤维填料和有机涂料组成，具体实现步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述有机涂料为环氧树脂、醇酸树脂、氟碳树脂中的任意一种。

技术总结本发明提供一种水滑石原位复合纤维增强抗氯防腐涂层的制备方法，其特征在于，该涂层由水滑石原位复合纤维填料和有机涂料组成。该涂层的制备包括以下步骤：利用静电纺丝技术制备前体纤维，以纤维为基底，在其表面原位生长水滑石纳米片作为有机‑无机杂化微/纳米容器，并通过离子交换法对水滑石原位复合纤维进行缓蚀剂分子插层，以此制备了水滑石原位复合纤维防腐填料。上述方法可以实现水滑石借助纳米纤维在涂层中均匀分散，纤维借助水滑石增强物理阻隔作用。随服役时间延长，腐蚀介质易扩散到涂层与金属之间界面处引发局部腐蚀反应，水滑石结构凭借其阴离子交换性能实现对腐蚀介质中氯离子的吸附，释放出的缓蚀剂在金属表面形成缓蚀膜，有效抑制金属腐蚀过程，有利于复合涂层的长效防腐能力。技术研发人员：王巍,曹琳,李文,张玥,陈守刚受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29