一种仿生珍珠层防护涂层及其制备方法与应用

本发明属于防护材料领域，具体涉及一种仿生珍珠层防护涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

1、工程材料，如混凝土、木材等，具有多孔结构，腐蚀介质易通过孔隙和裂缝渗透进入材料内部导致其腐蚀和损坏，造成严重的经济损失和安全危害。目前，涂层防护是多孔基材最经济高效的防护手段。然而，单一的有机或无机防护涂层存在防护效果不佳、附着力差等问题。因此，发明人开展了大量有机无机复合防护涂层的研发工作。其中，有机无机复合仿生珍珠层涂层的“砖泥结构”具有理想的阻隔防护效果，延长了腐蚀介质到达基底的路径。

2、仿生珍珠层涂层一般由有机树脂和无机片状填料组成，制备关键在于片状填料的有序排列组装。常见的仿生珍珠层涂层制备方法包括层层组装、蒸发组装、电磁场组装、离心力组装、机械刮涂组装等。这些方法操作繁琐，需要大型机器工具辅助，并且应用场景受限。针对工程中常用的多孔基材，发展一种简单高效、普适性高的仿生防护涂层制备方法是必要的。

技术实现思路

1、针对现有防护涂层阻隔性差、仿生珍珠层涂层制备繁琐复杂的问题，本发明的首要目的在于提供一种仿生珍珠层防护涂层的制备方法。该制备方法操作简单，成本低廉，适用于多种树脂、片状填料和多孔基底体系，具有普适性；制备的仿生珍珠层防护涂层充分发挥了片状填料的阻隔作用，有效延长了水、氧气等腐蚀介质的扩散路径，具有优异的防潮、防腐、耐烧蚀性能；有机组分渗入基底内部并固结，涂层附着力得以大幅提升；可以应用于工程材料中多孔材料防护涂层的制备。

2、本发明的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的仿生珍珠层防护涂层。

3、本发明的第三目的在于提供上述仿生珍珠层防护涂层的应用。

4、本发明的首要目的可通过以下技术方案实现：

5、一种仿生珍珠层防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将33～36份低粘度有机树脂、10～20份改性无机片状填料、44～54份溶剂搅拌均匀，得到复合涂料；

7、(2)将步骤(1)中复合涂料喷涂在多孔基底上，使所述复合涂料固化，制备得到仿生珍珠层防护涂层；

8、所述低粘度有机树脂为低粘度环氧树脂或低粘度聚脲树脂中的一种；所述改性无机片状填料为改性云母、改性蒙脱土、改性高岭土中的至少一种；所述溶剂为糠醛、苯甲醛、环己酮、二氯乙烷、乙酰柠檬酸三丁酯、乙二醇乙醚乙酸酯、二甲苯(邻、间、对二甲苯均可)、苯乙醚中的至少两种。

9、优选地，当所述低粘度有机树脂为低粘度环氧树脂时，所述低粘度环氧树脂按照a组分：b组分质量比为(2～10)：1混合使用；

10、所述a组分的制备方法包括如下步骤：

11、a、将硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的至少两种以任意比例混合形成混合液ⅰ，将混合液ⅰ与缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按照质量比为(0.1～1):2充分混合，得到硅烷混合液；

12、b、将硅烷混合液、去离子水、质量分数36～38％的盐酸、乙醇按照质量比为100:(10～30):(1～1.5):150混合，60～80℃下搅拌反应6～12h，旋蒸除去溶剂获得环氧基硅团簇；

13、c、将双酚a环氧树脂e51、双酚f环氧树脂f44树脂中的一种与环氧基硅团簇按照1:(0.5～1.5)的质量比混合得到a组分；

14、所述b组分的制备方法如下：将二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚醚胺d400、聚醚胺d2000、聚酰胺650、聚酰胺651中的任意三种物质按照质量比为1:0.5:0.5混合得到b组分。

15、更优选地，当所述低粘度有机树脂为所述低粘度聚脲树脂时，所述低粘度聚脲树脂按照a’组分：b’组分质量比为1：(2～8)混合使用；

16、所述a’组分的制备方法包括如下步骤：

17、a、将硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的任意两种与环己胺基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、正丁氨基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种按照质量比为(0.1～1):(0.1～1):2充分混合，得到硅烷混合液；

18、b、将硅烷混合液、去离子水、乙醇按照质量比为100:(10～30):150混合，60～80℃下搅拌反应6～12h，旋蒸除去溶剂获得仲胺基硅团簇；

19、c、将天门冬氨酸酯树脂nh1420、天门冬氨酸酯树脂nh1220中的任意一种与仲胺基硅团簇按照1:(0.5～1.5)的质量比混合得到a’组分；

20、所述b’组分的制备方法包括如下步骤：将异佛尔酮二异氰酸酯ipdi、甲苯二异氰酸酯tdi、二苯基甲烷二异氰酸酯mdi、二环己基甲烷二异氰酸酯hmdi、六亚甲基二异氰酸酯三聚体hdit中的任意三种物质按照质量比为0.5:0.5:1混合得到b’组分。

21、优选地，步骤(1)中所述改性无机片状填料的制备方法包括：将水、氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇按照质量比为5:(1～1.5):5混合形成混合液，在25℃下搅拌水解30～60min后使用，按照混合液质量加入30～50％片状填料，并于60～65℃搅拌4h，过滤后用质量比为1:3的水和乙醇洗液反复洗涤三次，在真空烘箱中60～65℃干燥24h获得改性无机片状填料。

22、更优选地，所述片状填料的直径为10～50μm。

23、优选地，步骤(1)中所述溶剂表面张力大于30mn/m。

24、优选地，步骤(1)中所述搅拌速率为200～1000r/min，搅拌时间10～30min。

25、优选地，步骤(1)中所述复合涂料粘度不超过100mpa·s，表干时间不小于6h。

26、优选地，步骤(2)中所述固化条件为35～50℃。

27、优选地，步骤(2)中所述多孔基底为木材、混凝土、带锈钢板中的至少一种。

28、本发明的工作原理：

29、本发明在制备过程中添加了低粘度有机树脂，所述低粘度有机树脂在传统树脂体系的基础上加入了环氧基硅团簇或者仲胺基硅团簇，在不改变官能团密度的同时降低了传统树脂体系的粘度，有利于涂料在基底上的渗透。本发明在制备过程中添加了溶剂，所述选用的表面张力大于30mn/m的有机溶剂，在渗透过程中产生足够的附加压力以驱动有机树脂对基底的渗透和润湿。

30、本发明所述的仿生珍珠层防护涂层由低粘度有机树脂、改性无机片状填料和溶剂配制成涂料涂覆在多孔基底上，通过低粘度有机组分向下渗透过程中对改性无机片状填料的剪切作用力诱导其逐层平行堆叠，固化后形成“砖泥结构”仿生珍珠层防护涂层，并且涂层的低粘度有机树脂渗入基底形成“植根式”界面互锁区域。

31、本发明的第二目的可通过以下技术方案实现：

32、一种仿生珍珠层防护涂层，由上述制备方法制备得到。

33、优选地，所述仿生珍珠层防护涂层的厚度为100～300μm。

34、本发明的第三目的可通过以下技术方案实现：

35、一种仿生珍珠层防护涂层的应用。

36、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

37、(1)现有技术中常规仿生珍珠层涂层的制备方法，比如层层组装、蒸发组装、电磁场组装、离心力组装、机械刮涂组装等，这些方法操作繁琐，需要大型机器工具辅助，并且应用场景受限。本发明所述渗透诱导制备仿生珍珠层防护涂层的制备方法，操作简单，价格低廉，适用于工程材料中多孔材料防护涂层的制备；

38、(2)本发明所述渗透诱导制备仿生珍珠层防护涂层的方法具有普适性。该方法对于多种多孔基底(比如混凝土、木材、带锈钢板)、多种树脂(比如环氧树脂、聚氨酯树脂)、多种片状填料(云母、蒙脱土、高岭土)的组合体系均可适用；

39、(3)本发明通过渗透诱导方法制备的仿生珍珠层防护涂层，其有机树脂体系还能渗入基材内部并原位固结形成了“植根式”的界面互锁层，从而大幅提高涂层在缺陷基材表面的附着力。