一种氢氧化镁纳米片的制备方法及其在金属腐蚀防护涂料中的应用

本发明属于金属腐蚀防护，具体涉及一种氢氧化镁纳米片的制备方法及其在金属腐蚀防护涂料中的应用。

背景技术：

1、目前，金属腐蚀防护的手段有很多，主要包括涂料及涂层保护法、缓蚀剂保护法、电化学保护法等。其中，防腐涂料由于其性能优异、设备及工艺简便、易于维修养护及适用性强的优点，成为金属防腐首选的方法，也是迄今为止最有效、最经济和应用最普遍的方法。特别是环氧树脂涂料，由于其具有优异的耐腐蚀性、电绝缘性和对金属基材的强附着力而广泛应用。当前，用于制备涂层的环氧树脂涂料主要是溶剂型环氧树脂涂料和水性环氧树脂涂料。其中，溶剂型环氧树脂涂料结构致密，阻隔性能优越，但在固化过程中，容易形成微孔、微裂纹，这极大限制了其对金属基体的长期防腐作用。而水性环氧树脂涂料具有无毒、无污染等优点，但在耐磨性、耐腐蚀性等许多性能方面有待加强，不如溶剂型环氧树脂涂料。

2、因此，为提高涂料在长期使用过程中的耐腐蚀性，将防腐填料应用于涂层中是十分必要的。自2004年以来，二维纳米材料迅速发展。二维纳米材料具有大的长径比和高物理阻隔性，能够赋予复合涂层优异的抗腐蚀介质渗透和扩散性能。目前应用于防腐领域的二维材料，主要包括石墨烯、氮化硼、双层氢氧化物等。其主要通过三种方式发挥二维纳米材料的物理阻隔性能。一是物理屏障效应，分散均匀的二维纳米材料可以填充涂层中的微空隙，提高涂层的致密性，有效发挥“迷宫效应”，延长腐蚀介质的渗透扩散路径，从而提高复合涂层的防腐性能；二是调节其在涂层内的排列方式，实现可控平行排列，逼近阻隔极限，实现长效防护；三是在涂层表面构建超疏水结构，降低表面能，有效抑制腐蚀介质的浸润、铺展、渗透和扩散，从而延缓金属材料发生腐蚀。但目前，二维材料涂层还未实现大规模产业化发展。制约其产业化发展的主要因素，主要包括以下几点：(1)二维纳米片材料制备方法复杂，成本高，不适合进行大规模生产应用；(2)与树脂基体相容性差，易造成团聚，不利于填料在涂料中的分散。

3、氢氧化镁化合物由于其无污染、无毒性、良好的机械性能以及优异的热稳定性等优点，同时具有多样化的颗粒形态，包括针状、球状、片状、花状等，在环境保护、医药及化学等众多领域广泛应用。其中，氢氧化镁纳米片由于其具有独特的正六边形纳米片结构、高长径比、良好的热稳定性等优点，能够应用于金属腐蚀防护技术领域。同时，氢氧化镁原料广泛、价格便宜、制备简单，更加适合进行大规模生产应用。因此，氢氧化镁纳米片作为一种二维材料，成为金属腐蚀防护领域有发展前景的材料之一。

4、对于氢氧化镁纳米片在金属腐蚀防护领域的应用，大部分研究者通过电化学沉积、原位生长等方法在金属表层进行应用。张胜建等通过原位生长、电化学沉积两种方法在金属表面成功制备超疏水性mg(oh)2/dtms复合涂层，表现出较好的耐腐蚀性和自清洁性。张波等利用黄原胶在金属基体上电沉积一层坚固的网状氢氧化镁，并在用硬脂酸改性后表现出优异的超疏水性和自清洁性，提高涂层的耐腐蚀性和长期浸泡稳定性。

5、目前，鲜有研究者将氢氧化镁纳米片作为填料应用于金属防护涂料中。将具有“纳米屏障效应”的氢氧化镁纳米片添加到防腐涂料中，其内部的“迷宫效应”延伸了腐蚀介质的渗透路径，同时具有优良的机械性能和持久的耐蚀性、耐候性。然而无机填料与树脂基底的相容性差，分散在溶剂中很容易发生聚沉现象，不利于填料在涂料中的分散。因此必须在其表面接枝一些有机长链、有机官能团等，大大提高其在环氧树脂中的相容性和分散稳定性，进而增强涂料的耐腐蚀性能。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种氢氧化镁纳米片的制备方法及其在金属腐蚀防护涂料中的应用，采用该方法制备得到氢氧化镁纳米片能够极大提高涂料的耐蚀性和耐候性。并且为解决氢氧化镁在溶剂中易发生聚沉现象的问题，本发明对氢氧化镁(mg(oh)2)进行改性制备得到改性氢氧化镁纳米片。该改性氢氧化镁纳米片解决了氢氧化镁在溶剂中易聚沉的问题，能够很好的分散在环氧涂层当中，同时改性氢氧化镁纳米片具有良好的疏水性，可进一步阻隔腐蚀介质的进入，用于制备金属防护涂料，能够极大的增强环氧树脂涂层的耐腐蚀性能。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种氢氧化镁纳米片在金属腐蚀防护涂料中的应用，其特征在于，将氢氧化镁纳米片作为防腐填料应用于金属防护涂层中。

4、目前，大部分研究着眼于将氢氧化镁纳米片通过电化学沉积、原位生长等方法应用于金属表层。本发明提供了一种新的应用思路，将氢氧化镁纳米片作为填料加入涂料中，以提高金属防护涂料的防腐性能。氢氧化镁粉末在未改性之前很难均匀地分散在溶剂中，短时间静置后会发生严重的聚沉现象，因此加入环氧树脂涂料中会因氢氧化镁的团聚产生大量缺陷结构，导致腐蚀介质很容易快速通过这些缺陷结构与金属基底接触，从而使涂层失去了金属腐蚀防护的作用。

5、硬脂酸能够与氢氧化镁表面的羟基发生反应，将长碳链接枝在氢氧化镁表面，从而提高氢氧化镁纳米片在聚合物基底中的分散性和相容性。因此，改性后的氢氧化镁纳米片能够很好的分散在环氧涂层中，进而可以延长腐蚀介质进入金属基底表面的路径。并且改性后的氢氧化镁纳米片具有良好的疏水性，进而可以提高涂层对腐蚀介质的阻隔能力。同时改性氢氧化镁纳米片加入水溶液中后，经长时间超声静置依然保持良好的超疏水性，能够使涂层在长期浸泡过程中表现出稳定性。因此，通过改性氢氧化镁纳米片(sa@mg(oh)2纳米片)能够极大增强环氧树脂涂层的耐腐蚀性和耐候性。

6、本发明提供了一种氢氧化镁纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

7、(1)称取氧化镁粉末置于马弗炉中，在空气氛围中，500-900℃温度下煅烧0.5-20h；

8、(2)步骤(1)煅烧后的氧化镁粉末分散在水溶液中，在120-200℃温度下水热反应3-12h，或在80-100℃温度下连续加热搅拌12-24h，得到氢氧化镁纳米片分散液；

9、(3)步骤(2)的纳米片分散液经抽滤、洗涤、冷冻干燥、研磨等处理后得到氢氧化镁纳米片粉末。

10、本发明还提供了一种金属腐蚀防护涂料的制备方法，其特征在于，将改性氢氧化镁纳米片加入溶剂中，经超声处理后加入环氧树脂(ep)，得到环氧树脂混合物；该混合物经连续搅拌后加入固化剂，最后经搅拌、脱泡得到金属腐蚀防护涂料，又称sa-mg(oh)2/环氧涂层，简称sa@mg(oh)2/ep。

11、进一步地，所述改性氢氧化镁纳米片的改性方法包括以下步骤：

12、(1)称取质量比为1：1-10的氢氧化镁纳米片粉末和硬脂酸分散在乙醇溶液中，在50-80℃温度下连续加热搅拌0.5-12h，将碳长链接枝在氢氧化镁纳米片表面，得到改性氢氧化镁纳米片分散液；

13、(2)步骤(1)的改性氢氧化镁纳米片分散液经抽滤、洗涤、干燥、研磨等处理后得到改性氢氧化镁纳米片粉末。

14、进一步地，所述改性氢氧化镁纳米片与环氧树脂的质量比为1-10wt％。

15、进一步地，所述溶剂、环氧树脂与固化剂的质量比为1：2：2。

16、进一步地，所述环氧涂料涂覆于处理好的金属表面，70℃下固化48h后，于室温下静置固化，可得到金属腐蚀防护涂层。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明提供了一种氢氧化镁纳米片的制备方法及其在金属腐蚀防护涂料中的应用，将氢氧化镁纳米片作为填料加入涂层中。通过硬脂酸对氢氧化镁纳米片进行改性，制备得到改性氢氧化镁纳米片。该改性氢氧化镁纳米片解决了氢氧化镁在溶剂中易发生聚沉的问题，能够很好的分散在环氧涂层中，同时由于其良好的疏水性能够进一步阻隔腐蚀介质的进入。应用本发明制备的金属防护涂料，能够极大增强环氧树脂涂层的耐腐蚀性能。