一种醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料

本发明涉及一种低温固化腐蚀防护涂料，特别涉及一种利用醇胺实现低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，属于表面防护。

背景技术：

1、无机磷酸盐类耐高温腐蚀防护涂层因其良好的高温稳定性、化学惰性和耐航空煤油及热合成油浸泡等优势而被广泛应用于航空发动机蜂窝封严、燃气轮机、压气机叶片等组件表面的长期腐蚀防护。考虑到传统无机磷酸盐耐高温腐蚀防护涂层需要在300℃以上温度下才能实现固化，耗时耗能，对大面积施工和固化条件要求等均提出了巨大的挑战，且固化后的涂层不致密、脆性大等问题，亟需发展高性能低温固化耐高温腐蚀防护涂料。

2、为了降低无机磷酸盐类复合涂层的固化温度，国内外学者开展了大量的研究工作，先后发展了zno、cuo和cr2o3以及mgo等多种类型低温固化剂，这些低温固化剂均能够显著降低磷酸盐树脂的固化温度，部分甚至可以实现室温固化。但是面临的主要问题是这些金属化合物类低温固化剂的加入降低涂层的结合强度，固化后涂层的附着力、致密性等严重下降，且涂层整体脆而硬，抗冲刷和耐磨性能下降明显，无法满足实际应用需求。有研究者为了降低金属氧化物的低温固化速率，利用二氧化硅包覆氧化锌及氧化铝包覆氧化锌等方法制备了缓释型低温固化剂，虽然降低了固化温度，但是固化后的涂层材料仍然存在力学性能差，易出现微裂纹等缺陷。因此，基于现有技术中存在的问题，亟需发展一种固化温度低、且固化后涂层附着力、柔韧性和耐高温及腐蚀防护性能优异的磷酸盐复合涂层材料。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供了一种醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，该涂料能够在低温下实现完全固化，固化温度低至80℃，且涂料的制备方法工艺简单，得到的涂层材料性能稳定可靠，具有优异的耐高温性能，综合力学性能和腐蚀防护性能。

2、本发明的技术方案是，一种醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，包含以下质量百分含量的组分：磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝20~35%，铝粉还原的三氧化二铬2~5%，小分子量醇胺化合物5~10%，润湿分散剂0.5~1%，消泡剂0.5~1%，预处理后片状铝粉10~20%，预处理后的球形铝粉30~50%和余量去离子水。

3、所述醇胺低温固化无机铝涂料的制备方法：将磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝、铝粉还原的三氧化二铬、小分子量醇胺化合物、润湿分散剂、消泡剂、预处理后的片状铝粉、预处理后的球形铝粉、去离子水机械搅拌混匀后得到混合液体浆料，在高速剪切分散机上高速剪切分散，获得均匀的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料。

4、所述磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝用去离子水稀释至固含量为58~63%。

5、所述磷酸二氢铝的制备方法：将摩尔比为1：（2~4）的氧化铝粉末与85%磷酸混匀后，100~120℃下回流反应0.5~1.5 h，自然冷却至室温获得。所述铬掺杂磷酸二氢铝的制备方法：将摩尔比为1：（2~4）的氧化铝粉末与85%磷酸混匀后，加入氧化铝总量10 wt%的氧化铬粉末，机械搅拌充分溶解后100~120℃下回流反应0.5~1.5 h，自然冷却至室温获得。

6、所述铝粉还原的三氧化铬的处理过程为将三氧化铬完全溶于去离子水后，加入球形铝粉机械搅拌25~35 min，自然恢复至室温即可；其中，球形铝粉的加入量为三氧化铬总质量10~15%。

7、所述小分子量醇胺化合物为一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、n-甲基二乙醇胺中的一种或两种混合物。

8、所述润湿分散剂为byk-333或byk-192。

9、所述消泡剂为byk019、byk028、byk021中的一种或多种。

10、所述预处理后的片状铝粉尺寸为5~8微米；所述预处理后的球形铝粉尺寸为1~2微米铝粉和3~5微米铝粉的混合物，1~2微米铝粉和3~5微米铝粉的质量比为(1:2)~(1:5)；

11、所述片状铝粉和球形铝粉的预处理方式为将片状铝粉或球形铝粉全部均匀分散于去离子水后，缓慢加入磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝，机械搅拌反应40~60 min后，得到均匀的浆料混合液；

12、其中，片状铝粉或球形铝粉与磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝树脂的质量比为（15~20）：1。

13、所述混合液体浆料的高速剪切速度为10000~15000 r/min，剪切时间为2.0~2.5min。

14、所述涂料的完全固化温度为80±10℃下预固化2~4 h后继续升温至190℃±10℃下保温0.5~1.5 h或80℃±10℃下直接保温8~12 h。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，以本身具有良好耐高温性能的磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝为粘结剂，在金属或合金基材上具有良好的结合强度；以钝化预处理后的片状和球形铝粉作为牺牲型的腐蚀防护填料，通过钝化预处理工艺可有效抑制铝粉填料与磷酸盐树脂间的氧化还原反应，提高涂料的室温储存稳定性；通过选择醇胺作为低温固化剂，充分利用醇胺分子中的氨基和醇羟基基团的可反应活性位点与磷酸分子间的桥联作用，实现低温下分子内的脱水缩合反应，形成大分子网络结构，不仅能够在低温下使脱水缩合反应彻底，实现涂料的完全固化，同时醇胺分子与磷酸盐树脂间的脱水反应速率缓慢，固化后的涂层结构致密，与基体结合力牢固；另外，醇胺在涂敷过程中可充当表面活性剂，能够促进涂层的自流平，使固化后的涂层表面更加均匀、平整。

17、本发明提供的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，不仅具有低温固化的特点，同时固化后的复合涂层材料表现出优异的综合力学性能、耐高温和腐蚀防护性能。

18、本发明醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料的制备工艺简单、生产周期短、可操作性强，非常适合后期的规模化生产和工程化应用。

技术特征：

1.一种醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述醇胺低温固化无机铝涂料包含以下质量百分含量的组分：磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝20~35%，铝粉还原的三氧化二铬2~5%，小分子量醇胺化合物5~10%，润湿分散剂0.5~1%，消泡剂0.5~1%，预处理后的片状铝粉10~20%，预处理后的球形铝粉30~50%、余量为去离子水；

2.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝用去离子水稀释至固含量为58~63%。

3.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述磷酸二氢铝的制备方法：将摩尔比为1：（2~4）的氧化铝粉末与85%磷酸混匀后，100~120℃下回流反应0.5~1.5h，自然冷却至室温获得；

4.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述铝粉还原的三氧化铬的处理过程为将三氧化铬完全溶于去离子水后，加入球形铝粉机械搅拌25~35 min，自然恢复至室温即可；其中，球形铝粉的加入量为三氧化铬总质量10~15%。

5.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述小分子量醇胺化合物为一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、n-甲基二乙醇胺中的一种或两种混合物。

6.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为byk-333或byk-192。

7.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述消泡剂为byk019、byk028、byk021中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述预处理后的片状铝粉尺寸为5~8微米；所述预处理后的球形铝粉尺寸为1~2微米铝粉和3~5微米铝粉的混合物，1~2微米铝粉和3~5微米铝粉的质量比为1:2~1:5；

9.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述混合液体浆料的高速剪切速度为10000~15000 r/min，剪切时间为2.0~2.5 min。

10.根据权利要求1所述的醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，其特征在于，所述涂料的完全固化温度为80±10℃下预固化2~4h后继续升温至190℃±10℃下保温0.5~1.5h或80℃±10℃下直接保温8~12h。

技术总结本发明提供了一种醇胺低温固化的耐高温腐蚀防护涂料，属于耐高温腐蚀防护涂料领域。该耐高温腐蚀防护涂料以磷酸二氢铝或铬掺杂磷酸二氢铝为基础树脂粘结剂，以不同形貌尺寸的混合铝粉为功能填料，以小分子量的有机醇胺类化合物为低温固化剂，以去离子水为溶剂，再加上润湿分散剂，助剂等制成。该腐蚀防护涂料具有良好的耐高温性能，可在600℃以下长期使用，其完全固化温度低至80℃，且固化后的涂层具有良好的附着力、柔韧性以及耐沸水、耐航空燃油浸泡性能，可解决目前无机磷酸盐类腐蚀防护涂层脆性大、致密性差、固化温度高等问题，可应用于需低温固化的耐高温腐蚀防护领域。技术研发人员：吴龑平,冯小珍,陈磊,李振,丛霄,易出山,黄艳松,周惠娣,陈建敏受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4