一种耐海水耐碱防腐涂料及其制备方法与应用与流程

本发明属于腐蚀防护涂料，具体涉及一种耐海水耐碱防腐涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着社会能源用量的不断增加，传统的化石能源已经不能满足未来发展的需求，风电、太阳能、氢能等清洁能源的发展将逐渐成为主流，其中氢能在使用过程中只产生水而不排放其他污染物，是发展潜力巨大、可替代化石能源的清洁能源。当前主要的制氢类型分为灰氢、蓝氢和绿氢，虽然灰氢和蓝氢目前占据较大规模，但依赖于化石能源且污染物排放很高，而电解水制氢技术技术逐渐成熟，可大规模制绿氢且碳排放量最小，是将风电、太阳能等清洁能源转化为氢能的重要途径。

2、在最新开发的海水无淡化直接制氢技术中，直接以海水为水来源，结合碱性电解槽进行制氢，省去了海水淡化的步骤，并且可与海上风电等可再生清洁能源对接，是具有巨大应用潜力和经济价值的新型制氢技术，但海水无淡化直接制氢设备在实际应用中还面临着许多腐蚀防护问题。由于传质组件长时间直接与海水接触，管道、隔离网等部件会发生腐蚀老化，而碱性电解槽装置中许多部件长期与高浓度碱液接触，且碱液易挥发，许多部件会受到碱性腐蚀。在此工况条件下，传统的防腐涂料难以满足在长期海水冲刷或浸泡条件下的防腐性能，同时对强碱的腐蚀防护较弱，且高温碱液还需要引入海水进行冷却，因此对防腐涂层的耐热性、耐碱性和耐海水腐蚀等多种防护性能提出了更高的要求。

3、公开号为cn100413935c，申请日为2002年12月27日的中国专利公开了一种耐海水型熔融结合环氧改性粉末涂料，该涂料由e21环氧树脂、双氰胺固化剂、超细二氧化钛改性剂、碳酸钙和硫酸钡填料组成，具有与基体结合力强、机械强度高、抗渗透能力强等特点，可耐nacl和kcl的饱和盐溶液侵蚀；公开号为cn111518456a，申请日为2020年6月4日的中国专利公开了渗透型防水耐碱涂料及其制备方法，该涂料由改性纳米二氧化硅、改性环氧树脂、消泡剂、分散剂、填料和颜料组成，克服了传统防水涂料耐碱性差、易发生鼓泡和脱落等缺点，具有优异的渗透性、耐碱性和粘结性的特点。

4、但是对于海水无淡化直接制氢设备所处的海洋环境和运行工况来讲，以上仅单独针对耐盐和耐碱性能进行的防腐涂料调节的现有技术难以满足实际需求，海水中的腐蚀性介质易侵入涂层内部，在基材界面处引发腐蚀反应，且电解槽碱液温度较高，高温条件下涂层更易受到碱液和海水的破坏，造成腐蚀失效。

5、因此，综上所述开发一种兼具优异耐海水腐蚀和耐碱液腐蚀特性，并且在高温工况下也具有良好稳定性的涂料，有着十分重要的实用意义和巨大的应用潜力。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的缺陷，本发明提供一种耐海水耐碱防腐涂料及其制备方法与应用，所述防腐涂料兼具优异耐海水腐蚀和耐碱液腐蚀的特性，能够为海水直接制氢设备中长期接触海水和高浓度碱液的各种部件提供优异防腐效果，并且在换热器的高温工况下也具有良好的稳定性。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种耐海水耐碱防腐涂料，所述防腐涂料由甲组分和乙组分构成，按照重量份计算，所述甲组分的成分包括：复合环氧树脂40～60份；溶剂15～20份；复合玄武岩鳞片5～15份；具有片层状结构的氧化石墨烯0.5～3份；分散剂1～5份；消泡剂1～2份；流平剂0.5～2份；偶联剂0.5～2份；防沉剂0.5～2份；缓蚀剂0.5～3份；填料15～25份；

4、其中，溶剂为二甲苯、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚、二丙酮醇中至少三种的组合；填料为沉淀硫酸钡、滑石粉、云母粉或氮化硅陶瓷粉中的至少两种组合；

5、所述乙组分的成分包括：复合固化剂100份；复合固化剂为酚醛胺类固化剂和苯酚胺类固化剂中的两种组合；

6、所述甲组分和乙组分以质量比10：1～2混合。

7、进一步的，所述复合环氧树脂为dcpd苯酚环氧树脂、双酚s型环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂中的两种或三种组合。

8、进一步的，所述复合玄武岩鳞片的制备方法包括以下步骤：

9、将玄武岩鳞片和硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，玄武岩鳞片与混合溶剂的质量比为1：1，使用超声波分散30min，温度控制在50～60℃，离心后去除上层清液，放置烘箱中120℃加热1h得到复合玄武岩鳞片。

10、进一步的，所述玄武岩鳞片和硅烷偶联剂的质量比为100：0.5～2；所述无水乙醇和去离子水的质量比为1：1；所述玄武岩鳞片目数为200～250目；所述硅烷偶联剂为kh550、kh560和kh570中的任一种或两种的组合。

11、进一步的，所述分散剂为有机硅氧烷共聚物或含有颜料亲和基团的羟基官能羧酸酯分散剂中的任一种或两种的组合。

12、进一步的，所述消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂或烃油类消泡剂中的任一种或至少两种的组合。

13、进一步的，所述流平剂为聚酯类流平剂或聚醚类流平剂中的任一种或两种的组合。

14、进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸脂偶联剂中的任一种或至少两种的组合。

15、进一步的，所述防沉剂为硬脂酸铝或膨润土中的一种或两种的组合；所述缓蚀剂为钒酸盐、钼酸盐或磷酸盐中的任一种或至少两种的组合。

16、进一步的，所述沉淀硫酸钡的粒径为800～1250目，所述滑石粉的粒径为1250～2000目，所述云母粉的粒径为1250～2000目，所述氮化硅陶瓷粉为β相结构，粒径为1～10μm。

17、本发明的目的之二在于提供一种耐海水耐碱防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

18、(1)将溶剂按比例加入分散罐中，在不断搅拌的情况下加入复合环氧树脂，在转速400～600r/min下分散混合；

19、(2)将复合玄武岩鳞片、分散剂、氧化石墨烯、偶联剂、填料、防沉剂按比例依次加入到上述分散罐中，边加边搅拌，并在分散罐壁中通入冷却水进行冷却，在转速1000～1200r/min下分散混合；

20、(3)将缓蚀剂、流平剂、消泡剂按比例加入到上述分散罐中，边加边搅拌，将转速提高至2800～3200r/min分散混合，得到涂料的甲组分；

21、(4)将不同类固化剂混合后得到乙组分；

22、(5)在分散罐中将甲组分和乙组分按照比例进行混合，得到耐海水耐碱防腐涂料。

23、本发明的目的之三在于提供一种耐海水耐碱防腐涂料在为海水无淡化直接制氢设备中长期接触海水和高浓度碱液部件提供防腐效果中的应用。

24、相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

25、1、本发明设计了一种复合环氧树脂作为所述耐海水耐碱防腐涂料的原料之一，所述复合环氧树脂由dcpd苯酚环氧树脂、双酚s型环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂中的两种或三种组合形成。聚氨酯改性环氧树脂中聚氨酯链段和环氧树脂链段以共价键相连，可以形成互穿聚合物网络结构；而dcpd苯酚环氧树脂粘度较小，易于分散，且所具有的双脂环结构同样可以赋予树脂良好的流动性和高的交联密度，因此无论是二者组合还是与双酚s型环氧树脂组合，均可形成稳定的复合环氧树脂混合态，不发生相分离且固化后粘结强度高；此外，由于双酚s型环氧树脂具有结构极性较大的砜基，dcpd苯酚环氧树脂中具有结构刚性较大的苯环，二者均可提升复合环氧树脂固化后的强度与韧性，使复合环氧树脂的耐介质、耐热性、耐酸碱性以及玻璃化转变温度等综合性能明显优于常规环氧树脂。

26、2、本发明所述耐海水耐碱防腐涂料的原料中创新使用了玄武岩鳞片、氧化石墨烯与填料的组合，氧化石墨烯由于表面存在大量含氧官能团，各层之间更容易分离，在涂料中可以形成有效的舒张薄膜状或片层状结构，而经硅烷偶联剂预处理后的玄武岩鳞片不仅具有更高的耐碱腐蚀性能与界面相容性，而且与氧化石墨烯的薄膜状或片层状结构共同组成防护屏障，阻止氯离子等腐蚀介质的渗透，此外本发明组合具有良好的悬浮性、具有良好的耐腐蚀性和提高涂层抗冲击性的作用的填料混合物，对防护屏障进一步修饰，实现防腐涂层的耐海水、耐碱液腐蚀和耐磨性能的有效提高。

27、3、本发明以酚醛胺类固化剂和苯酚胺类固化剂的组合作为复合固化剂，不仅具有可在低温和潮湿环境下进行固化反应的特点，适用于海水腐蚀工况的涂层制作中，而且具有延迟反应的特点，可以增加防腐涂料的可操作时间，有利于与甲组份进一步形成具有耐海水、耐碱液腐蚀和耐磨性能的防腐涂层。

28、4、本发明所提供由甲乙组分混合成的耐海水耐碱防腐涂料兼具优异耐海水腐蚀和耐碱液腐蚀的特性，能够为海水直接制氢设备中长期接触海水和高浓度碱液的各种部件提供优异的防腐效果，并且在高温工况(例如换热器)下也具有良好的稳定性，有效抵御高温条件下碱液和海水对涂层的破坏。针对现有防腐技术仅适用单一海水腐蚀工况或碱性环境腐蚀工况的缺陷，本发明所述耐海水耐碱防腐涂料可同时满足两种工况的使用条件，在腐蚀防护涂料技术领域具有更专一、更显著的技术效果。