一种耐候钢用表面处理稳定剂生产方法与流程

本发明涉及耐候钢表面处理，具体为一种耐候钢用表面处理稳定剂生产方法。

背景技术：

1、耐候钢是一种通过添加少量合金元素，主要的合金元素包括如铜、磷、铬、镍、锰、钼、铝和硅等，稳定化处理技术是指在耐候钢使用之前对其表面进行特殊处理，从而在耐候钢表面形成一种可透气、透水的膜，在膜与钢材的界面处能够进行快速的腐蚀反应，使耐候钢表面被稳定的致密锈层保护起来，稳定化处理不仅可以避免黄色锈液流挂的污染现象，还能通过形成稳定的保护性锈层来提高钢材的耐腐蚀性能。

2、耐候钢表面能够形成致密的保护性锈层，可将腐蚀的发展抑制在非常低的水平，广泛用于桥梁、建筑、车辆、塔架、船舶等大型钢结构，但耐候钢形成的外锈层疏松多孔脆弱，雨水冲刷易破坏原有外锈层结构导致耐候钢的锈液流挂和飞溅；且耐候钢表面疏松多孔结构，易造成耐候钢的抗菌活性下降，易受菌种的腐蚀；通过加入纳米片材料可提高耐候钢用表面处理稳定剂的耐腐蚀性能，但纳米片材料与丙烯酸树脂基表面处理稳定剂的相容性较差，易迁移。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐候钢用表面处理稳定剂生产方法：聚合物膜涂覆在氧化石墨烯纳米片表面，经超交联反应后，再经高温碳化处理，形成共价连接的多孔层状纳米片材料，使得多孔碳材料与氧化石墨烯纳米片形成的层状结构更加牢固，形成稳定的氯离子通道，减缓氯离子的渗透，提高抗氯性能；层状多孔纳米片加入到混合溶液中，经热处理后，再经植酸表面改性，将复合添加剂负载到层状多孔纳米片上，提高了复合添加剂在表面处理稳定剂中稳定性，避免粉末状的复合添加剂迁移导致耐候性下降，且植酸涂覆在改性层状多孔纳米片表面，赋予改性层状多孔纳米片极性官能团，使得改性层状纳米片更好的分散在丙烯酸树脂基体中，避免无机纳米材料的堆叠；芒果树叶提取物与阳离子型丙烯酸树脂混合，阳离子型丙烯酸树脂显正电，能够与芒果树叶提取物的羟基和酯基通过静电吸附，形成交联网络结构，增大交联密度，提高阳离子型丙烯酸树脂的机械强度，且芒果树叶提取物作为天然缓蚀剂，含有的芒果苷、槲皮素组分对耐候钢的阴阳极反应均有抑制作用，进而提高耐候钢的防腐性能。

2、本发明要解决的技术问题：耐候钢形成的外锈层疏松多孔脆弱，雨水冲刷易破坏原有外锈层结构导致耐候钢的锈液流挂和飞溅；且耐候钢表面疏松多孔结构，易造成耐候钢的抗菌活性下降，易受菌种的腐蚀；通过加入纳米片材料可提高耐候钢用表面处理稳定剂的耐腐蚀性能，但纳米片材料与丙烯酸树脂基表面处理稳定剂的相容性较差，易迁移。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种耐候钢用表面处理稳定剂生产方法，具体包括以下步骤：

5、称取以下质量份原料：芒果树叶提取物-丙烯酸树脂复合材料80-100份、复合耐候剂5-10份、促进剂2-5份、分散剂0.5-1份、去离子水90-120份；

6、将芒果树叶提取物-丙烯酸树脂复合材料和去离子水混合，用磁力搅拌器剪切搅拌，静置后，加入复合耐候剂、促进剂、分散剂，搅拌，得到表面处理稳定剂；

7、所述复合耐候剂由层状多孔纳米片加入到混合溶液中，经热处理后，再经植酸表面改性制得；

8、所述混合溶液由复合添加剂和乙醇按照(2.3-2.7)g:(50-60)ml用量比混合而成；

9、所述复合添加剂由钼酸钠、硫酸铬、硝酸钠按照(1-1.2):(0.8-1):(1.3-1.7)质量比混合而成；

10、所述层状多孔纳米片由聚合物膜涂覆在氧化石墨烯纳米片表面，经超交联反应后，再经高温碳化处理制得；

11、所述高温碳化温度700-900℃，高温碳化时间为2-5h；

12、所述聚合物膜具体由以下步骤制得：将甲基丙烯酸3-(三乙氧基硅基)丙酯、苯乙烯、4,4-二(5-壬基)-2,2-联吡啶和二苯醚混合，在130℃的油浴中进行反应2h，加入甲醇形成沉淀，置于60℃的干燥箱中真空干燥，得到聚(甲基丙烯酸三乙氧基硅烷丙酯)-b-聚苯乙烯嵌段共聚物，将聚(甲基丙烯酸三乙氧基硅烷丙酯)-b-聚苯乙烯嵌段共聚物加入到四氢呋喃中，在120℃下加热至有机溶剂挥发，得到聚合物膜；

13、所述芒果树叶提取物-丙烯酸树脂复合材料由芒果树叶提取物与阳离子型丙烯酸树脂混合制得。

14、进一步的，所述甲基丙烯酸3-(三乙氧基硅基)丙酯、4,4-二(5-壬基)-2,2-联吡啶、苯乙烯用量比为2-3:0.05-0.15:3-4。

15、进一步的，所述氧化石墨烯纳米片粒径为2-5μm。

16、进一步的，分散剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种。

17、进一步的，促进剂选自磷酸钾、氧化亚铁、氧化铁、羟基氧化铁中的任意一种。

18、进一步的，热处理温度为80-90℃。

19、进一步优选的，热处理温度为85℃。

20、进一步的，复合耐候剂由以下步骤制得：

21、将层状多孔纳米片加入到混合溶液中，搅拌均匀，静置10min，在85℃下进行热处理至有机溶剂挥发后，加入到质量分数为50%的植酸水溶液中，升温至50℃，反应完毕后，经过滤，去离子水洗涤3次，在70℃烘箱中干燥10min，得到复合耐候剂。

22、其中，层状多孔纳米片加入到混合溶液中，层状多孔纳米片丰富的孔隙结构，能够将混合溶液吸附在层状多孔纳米片孔道和层间，在85℃下处理使得有机溶剂挥发，将复合添加剂负载到层状多孔纳米片上，提高了复合添加剂在表面处理稳定剂中的稳定性。

23、进一步的，植酸中的磷羟基结构，能够与改性层状多孔纳米片表面含有的羟基基团通过化学键结合，使得植酸涂覆在改性层状多孔纳米片表面，赋予改性层状多孔纳米片极性官能团，使得改性层状纳米片更好的分散在丙烯酸树脂基体中。

24、进一步的，层状多孔纳米片、混合溶液植酸、水溶液用量比为2-3g:55-65ml:45-55ml。

25、进一步优选的，氧化石墨烯纳米片粒径为3.5μm。

26、进一步的，层状多孔纳米片具体由以下步骤制得：

27、将聚合物膜加入到质量分数为36%的盐酸溶液中，搅拌均匀，加入氧化石墨烯纳米片，升温至60℃，搅拌反应10min，经过滤，去离子水洗涤3次，在70℃烘箱中干燥8min，得到固体，将固体、无水氯化铝加入到硝基苯和四氯化碳中，在75℃下进行超交联反应1h，经过滤，去离子水洗涤3次，在90℃烘箱中干燥15min，置于马沸炉中，在900℃下进行高温碳化3h，冷却至室温，得到层状多孔纳米片。

28、其中，聚合物膜中的苯环结构和反应性三乙氧基硅烷侧基能够与氧化石墨烯纳米片表面的羟基通过化学键结合，使得聚合物膜涂覆在氧化石墨烯纳米片表面，氧化石墨烯纳米片作为聚合物薄膜的载体，提供模板，有利于多孔碳纳米片的形成，避免多孔碳纳米片的堆叠。

29、无水氯化铝作为催化剂，硝基苯和四氯化碳作为溶剂，在75℃下进行超交联反应，使得聚合物膜中的三乙氧基硅烷侧基和聚苯乙烯在氧化石墨烯纳米片表面发生交联反应，形成层状嵌段共聚物薄膜包覆氧化石墨烯纳米片。

30、进一步的，在900℃下进行高温碳化，层状嵌段共聚物薄膜包覆氧化石墨烯纳米片中的聚苯乙烯碳化形成多孔碳纳米片结构，聚(甲基丙烯酸三乙氧基硅烷丙酯)形成多孔碳间隔物，用于连接氧化石墨烯纳米片与多孔碳纳米片，形成共价连接的多孔层状纳米片材料，使得多孔碳材料与氧化石墨烯纳米片形成的层状结构更加牢固，形成稳定的氯离子通道，减缓氯离子的渗透，提高抗氯性能。

31、进一步的，聚合物膜、氧化石墨烯纳米片质量比为2-3:0.3-0.7。

32、进一步的，聚合物膜在合成过程中，在有机溶剂二苯醚中，加入引发剂4,4-二(5-壬基)-2,2-联吡啶，使得甲基丙烯酸3-(三乙氧基硅基)丙酯和苯乙烯引发聚合，形成聚(甲基丙烯酸三乙氧基硅烷丙酯)-b-聚苯乙烯嵌段共聚物。

33、进一步的，芒果树叶提取物-丙烯酸树脂复合材料具体由以下步骤制得：

34、a1.将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、过氧化苯甲酰、正丁醇混合，搅拌均匀，恒温水浴升温至90℃，加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌反应2h后，冷却至室温，得到阳离子型丙烯酸树脂。

35、其中，在有机溶剂正丁醇中，过氧化苯甲酰作为催化剂，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为阳离子改性剂，同甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸共聚，使得甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵接枝在水性丙烯酸树脂分子链上，形成阳离子型丙烯酸树脂。

36、进一步的，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵质量比为1-1.2:0.8-1:1.1-1.3:1.1-1.3。

37、a2.将阳离子型丙烯酸树脂与芒果树叶提取物混合，搅拌30min，得到芒果树叶提取物-丙烯酸树脂复合材料。

38、其中，阳离子型丙烯酸树脂分子链上含有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，显正电，能够与芒果树叶提取物中的羟基和酯基通过静电结合，形成交联网络结构，增大交联密度，提高阳离子型丙烯酸树脂的机械强度，且芒果树叶提取物，天然缓蚀剂提高耐候钢的防腐性能。

39、进一步的，阳离子型丙烯酸树脂、芒果树叶提取物质量比为5-6:1-2。

40、进一步的，芒果树叶提取物具体由以下步骤制得：将芒果树叶研磨至粉末状，将芒果粉加入到质量分数为5%的盐酸溶液中，搅拌均匀，加入乙醇，加热回流2h，冷却至室温，再加入质量分数为5%的盐酸溶液和乙醇浸泡2h，经抽滤，得到芒果树叶提取物。

41、进一步的，芒果粉、盐酸溶液用量比为2-4g:14-16ml。

42、进一步的，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

43、（1）本发明技术方案中，聚(甲基丙烯酸三乙氧基硅烷丙酯)-b-聚苯乙烯嵌段共聚物膜涂覆在氧化石墨烯纳米片表面，氧化石墨烯纳米片作为聚合物薄膜的载体，提供模板，有利于多孔碳纳米片的形成，避免多孔碳纳米片的堆叠；涂覆有共聚物膜的氧化石墨烯纳米片超交联反应、碳化后，形成共价连接的多孔层状纳米片材料，使得多孔碳材料与氧化石墨烯纳米片形成的层状结构更加牢固，形成稳定的氯离子通道，减缓氯离子的渗透，提高抗氯性能，且多孔纳米片材料含有紧密结合的孔隙网，增大氯离子迁移路径，迟滞氯离子的迁移速率，使得腐蚀介质侵入涂层的路径会变得更加曲折且长度延长，从而有效减少了这些侵蚀性物种的渗入，提高了耐候钢的防腐蚀性能，此外，多孔纳米片材料具有高比表面积和孔体积，能够提供大量的吸附位点，这些吸附位点可以有效地捕获和固定细菌，从而抑制其生长和繁殖，且多孔纳米片材料能够沉积在耐候钢表面外锈层中疏松的微孔、孔隙中，实现原位封堵、修补。

44、（2）本发明技术方案中，将复合添加剂负载到层状多孔纳米片上，提高了复合添加剂在表面处理稳定剂中稳定性，避免粉末状的复合添加剂迁移导致耐候性下降，能够起到缓蚀剂的作用，达到增强锈层耐蚀性的目的，此外，复合添加剂钼酸钠、硫酸铬、硝酸钠能够细化锈层晶粒，阻碍氯离子的渗透，有助于耐候钢表面快速生成致密、连续且稳定的保护性锈层，进而使得改性层状多孔纳米片形成无机薄膜，进一步提高表面处理稳定剂的防护性能。

45、（3）本发明技术方案中，将植酸涂覆在改性层状多孔纳米片表面，赋予改性层状多孔纳米片极性官能团，使得改性层状纳米片更好的分散在丙烯酸树脂基体中，避免无机纳米材料的堆叠，且植酸丰富的羟基结构，能够与耐候钢表面的fe、cu、ni等金属离子发生配位反应，形成络合物，在耐候钢表面形成螯合物防护膜。

46、（4）本发明技术方案中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵接枝在水性丙烯酸树脂分子链上，形成的阳离子型丙烯酸树脂显正电，能够与芒果树叶提取物的羟基和酯基通过静电吸附，形成交联网络结构，增大交联密度，提高阳离子型丙烯酸树脂的机械强度，且芒果树叶提取物作为天然缓蚀剂，含有的芒果苷、槲皮素组分对耐候钢的阴阳极反应均有抑制作用，进而提高耐候钢的防腐性能；芒果树叶提取物含有大量的羟基、酯基、苯环结构，增强丙烯酸树脂基表面处理稳定剂与耐候钢的结合强度，避免雨水冲刷导致表面处理稳定剂脱落，且芒果树叶提取物与复合耐候剂通过化学键结合，增加复合耐候剂与表面处理稳定剂的结合力。