防腐耐候功能填料及其制备方法和防腐耐候涂料

本发明属于涂料，具体涉及防腐耐候功能填料及其制备方法和防腐耐候涂料。

背景技术：

1、在工业工程领域，金属的腐蚀行为造成了大量的经济损失和资源浪费，并且带来了重大的安全隐患。表面涂层防护技术是一种施工简单，效果明显的金属防腐措施，涂料在制备过程中会形成一些微孔缺陷，包括聚合物高分子链之间的间隙、溶剂挥发过程中形成的微孔以及颜填料与树脂基质界面间的缝隙，这对涂料性能的影响较大。涂层的耐候性能是一项重要的耐久性指标，耐候涂层中常要添加大量耐候填料，耐候填料可以填充涂膜中的孔隙，增加涂膜的密实度，提高涂膜的防腐耐候性能。

2、粉煤灰是燃煤电厂常见的一种固体废弃物，具有稳定的物理化学性质，在防腐填料领域具有巨大的潜力，常作为耐候填料被用于防腐涂料中。但在实际应用中，添加有粉煤灰的涂料还不足以满足企业对涂料防腐耐候性能的要求，需要进一步改善。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供防腐耐候功能填料及其制备方法和防腐耐候涂料，防腐耐候功能填料能够提升涂料的防腐耐候性能。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、防腐耐候功能填料，包括粉煤灰，所述粉煤灰上包覆有介孔氧化物层，所述介孔氧化物层上包覆有杂原子掺杂的碳量子点有机碳层；

4、所述介孔氧化物层包括耐候元素和钝化元素，所述耐候元素为钛元素和锌元素中的一种或两种，所述钝化元素为铈元素、铁元素中的一种或多种。

5、在本发明的一个或多个实施例中，原料按重量份计，包括：粉煤灰200-400份、致孔剂20-80份、氧化物助剂100-150份、碳基化合物50-100份、碳量子点掺杂剂50-100份、化学改性剂20-50份和冰乙酸50-150份；其中，氧化物助剂包括耐候氧化物助剂和钝化氧化物助剂，所述耐候氧化物助剂为钛酸四丁酯和氯化锌中的一种或两种；所述钝化氧化物助剂为六水硝酸铈、六水合氯化铁和九水合硝酸铁的一种或多种。

6、在本发明的一个或多个实施例中，所述致孔剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚乙烯亚胺、聚乙二醇的一种或多种；和/或，

7、所述碳基化合物选自4-氨基水杨酸、柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸、疏基丁二酸、壳聚糖的一种或多种；和/或，

8、所述碳量子点掺杂剂选自硫脲、乙二胺、对苯二胺、邻苯二胺、油胺的一种或多种；和/或，

9、所述化学改性剂选自γ-氨基丙基三乙氧硅烷、三氯乙烯基硅烷、α-氰基丙烯酸乙酯、盐酸多巴胺的一种或多种。

10、在本发明的一个或多个实施例中，耐候氧化物助剂和钝化氧化物助剂的重量比为1：(0.8-2)。

11、本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：

12、防腐耐候功能填料的制备方法，包括以下步骤：

13、以粉煤灰、水、致孔剂、氧化物助剂和冰乙酸为原料，在粉煤灰上包覆介孔氧化物层，得介孔氧化物-粉煤灰填料；其中，氧化物助剂包括耐候氧化物助剂和钝化氧化物助剂，所述耐候氧化物助剂使介孔氧化物层包括钛元素和/或锌元素，钝化氧化物助剂使介孔氧化物层包括铈元素和/或铁元素；

14、以介孔氧化物-粉煤灰填料、水、碳基化合物和碳量子点掺杂剂为原料，在介孔氧化物-粉煤灰填料上负载碳量子点，得碳基介孔氧化物-粉煤灰填料；

15、将碳基介孔氧化物-粉煤灰填料与化学改性剂反应，得防腐耐候功能填料。

16、在本发明的一个或多个实施例中，采用一锅煅烧法制备介孔氧化物-粉煤灰填料，具体为将粉煤灰、水、致孔剂、氧化物助剂和冰乙酸混匀，研磨形成胶黏混合物质，然后进行煅烧、超声、水热反应、醇洗、干燥，即得；

17、和/或，制备介孔氧化物-粉煤灰填料时，粉煤灰、水、致孔剂、氧化物助剂和冰乙酸的重量比为(5-15):(0.5-3.5):(2-7):(3-10):(2-8)；

18、和/或，制备碳基介孔氧化物-粉煤灰填料时，介孔氧化物-粉煤灰填料、碳基化合物、水和碳量子点掺杂剂的重量比为(5-10):(2-3.5):(6-18):(1.2-3)。

19、在本发明的一个或多个实施例中，采用水热反应制备碳基介孔氧化物-粉煤灰填料，水热反应温度为130-220℃。

20、在本发明的一个或多个实施例中，将碳基介孔氧化物-粉煤灰填料和化学改性剂分散于乙醇水溶液中，于25-80℃下搅拌混匀，然后经过超声、抽滤、烘干，得防腐耐候功能填料。

21、在本发明的一个或多个实施例中，所述碳基介孔氧化物-粉煤灰填料和化学改性剂的重量比为(1-2):(0.5-1)。

22、本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：

23、防腐耐候涂料，包括上述防腐耐候功能填料。

24、与现有技术相比，本发明将固废物粉煤灰、介孔氧化物、碳基结构和碳量子点应用于涂料体系中，增强了涂料的防腐性能和耐候性能。

25、首先，对粉煤灰的微观形态和成分进行优化，将屏蔽性能优异的微珠形态粉煤灰保留下来，为涂料提供了基础的屏蔽特性。

26、再利用一锅煅烧法在粉煤灰表面构造了一层介孔氧化物层，使填料同时具备防腐性能和耐候性能。介孔结构有利于提升材料的耐候性能，并且降低耐候填料对涂料的降解危害。

27、然后在水热反应中使碳基化合物在介孔氧化物层上聚合成含有碳量子点的有机碳层，并对其进行氮、磷元素的原子掺杂，使复合填料表现出优异的缓蚀活性。在碳量子点与介孔功能填料的复合过程中，介孔结构表现出较大的比表面积，使其可以负载大量碳量子点，从而增强涂层的缓蚀性能。在粉煤灰表面构造一种碳包覆型的介孔结构，增强了填料与树脂基质的界面行为。

28、最后再利用化学改性剂在介孔防腐耐候填料表面进行表面修饰，增强了填料与树脂基质的界面结合能力。其中，通过双层包覆手段对介孔氧化物-粉煤灰填料进行处理，较大程度上降低了耐候填料对涂料的降解作用。

技术特征：

1.防腐耐候功能填料，其特征在于，包括粉煤灰，所述粉煤灰上包覆有介孔氧化物层，所述介孔氧化物层上包覆有杂原子掺杂的碳量子点有机碳层；

2.根据权利要求1所述的防腐耐候功能填料，其特征在于，原料按重量份计，包括：粉煤灰200-400份、致孔剂20-80份、氧化物助剂100-150份、碳基化合物50-100份、碳量子点掺杂剂50-100份、化学改性剂20-50份和冰乙酸50-150份；

3.根据权利要求2所述的防腐耐候功能填料，其特征在于，所述致孔剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚乙烯亚胺、聚乙二醇的一种或多种；

4.根据权利要求2所述的防腐耐候功能填料，其特征在于，所述耐候氧化物助剂和钝化氧化物助剂的重量比为1:(0.8-2)。

5.权利要求1-4任一项所述的防腐耐候功能填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的防腐耐候功能填料的制备方法，其特征在于，采用一锅煅烧法制备介孔氧化物-粉煤灰填料，具体为将粉煤灰、水、致孔剂、氧化物助剂和冰乙酸混匀，研磨形成胶黏混合物质，然后进行煅烧、超声、水热反应、醇洗、干燥，即得；

7.根据权利要求5所述的防腐耐候功能填料的制备方法，其特征在于，采用水热反应制备碳基介孔氧化物-粉煤灰填料，水热反应温度为130-220℃。

8.根据权利要求5所述的防腐耐候功能填料的制备方法，其特征在于，将碳基介孔氧化物-粉煤灰填料和化学改性剂分散于乙醇水溶液中，于25-80℃下搅拌混匀，然后经过超声、抽滤、烘干，得防腐耐候功能填料。

9.根据权利要求5所述的防腐耐候功能填料的制备方法，其特征在于，所述碳基介孔氧化物-粉煤灰填料和化学改性剂的重量比为(1-2):(0.5-1)。

10.防腐耐候涂料，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的防腐耐候功能填料。

技术总结本发明公开了防腐耐候功能填料及其制备方法和防腐耐候涂料，防腐耐候功能填料包括粉煤灰，所述粉煤灰上包覆有介孔氧化物层，所述介孔氧化物层上包覆有杂原子掺杂的碳量子点有机碳层；所述介孔氧化物层包括耐候元素和钝化元素，所述耐候元素为钛元素和锌元素中的一种或两种，所述钝化元素为铈元素、铁元素中的一种或多种。本发明中的防腐耐候功能填料能够有效提高涂料的防腐耐候性，同时可降低涂料发生降解的可能性。技术研发人员：王子华,汪怀远,朱艳吉,王瑞涛,王池嘉受保护的技术使用者：天津大学浙江研究院技术研发日：技术公布日：2024/10/17