一种高阻隔强耐蚀复合涂层及其制备方法和应用

本发明涉及防腐涂层，尤其涉及一种高阻隔强耐蚀复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着海工装备向深远海发展，其服役环境愈加严峻。腐蚀问题是影响海工金属零部件服役寿命的关键因素，并且会造成巨大的经济损失甚至威胁生命安全。聚合物涂层由于其广泛的适用性、低成本和易于应用而在腐蚀防护中发挥着重要作用。然而，传统的聚合物基保护涂层只能通过形成隔离层来为金属基材提供被动屏障保护。在涂层形成和使用过程中，不可避免地会产生微孔或微裂纹，从而引起界面腐蚀，破坏涂层的附着力，甚至导致涂层体系彻底失效。因此，有必要设计和开发兼具高阻隔性和强耐蚀性的新型复合涂层。

3、研究发现mxene二维纳米片可以在涂层中发挥高效的物理阻隔作用，防止腐蚀介质的快速入侵，提高碳钢表面纳米复合涂层的耐腐蚀性。然而，mxene纳米片在暴露于潮湿空气或水中时会逐渐降解，mxene纳米片的层状结构会随着腐蚀性介质的侵入而被氧化完全破坏，并且mxene纳米片在聚合物基质中的自然再堆积趋势仍然是一个亟待解决的问题。

4、公开号为cn114854237a的专利公开了一种抑制mxene纳米材料氧化的方法及其在防腐涂料中的应用，其采用石墨烯基纳米材料对mxene纳米材料进行杂化包覆，包覆后再通过硅烷偶联剂进行改性，然后将制备得到的石墨烯基/mxene纳米杂化材料添加至聚合物基体中用于金属防腐。但是，该专利的制备过程涉及两步热处理，制备过程较为复杂，而且石墨烯的价格较贵，导致涂层成本较高。另外，该专利改性后的mxene纳米片并没有实现定向排布，难以充分发挥mxene的防腐性能。

5、因此，如何通过简单且成本低的方法实现mxene的定向排布及抗氧化性的提高，从而提高复合涂层长期抗腐蚀性能是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高阻隔强耐蚀复合涂层及其制备方法和应用，解决含mxene的聚合物涂层在严苛环境下服役寿命短的问题，且制备方法简单、成本低。

2、第一方面，本发明提供了一种高阻隔强耐蚀复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

3、将mxene粉末与单宁酸按质量比1～5:1分散于溶剂中，并在室温下超声处理30～60min；经离心、洗涤和干燥得到负载单宁酸的mxene纳米片；

4、将负载单宁酸的mxene纳米片与聚合物树脂混合均匀后喷涂到金属基体表面，固化后即得。

5、优选的，所述溶剂选自乙醇、甲醇或水中的一种或多种。

6、优选的，所述mxene粉末与溶剂的用量比为1g：100～500ml。

7、优选的，所述洗涤为依次采用乙醇和水洗涤；所述干燥为冷冻干燥。

8、优选的，所述mxene粉末由ti3alc2材料经hf蚀刻得到。

9、优选的，所述负载单宁酸的mxene纳米片与聚合物树脂的质量比为1:200～500。

10、优选的，所述聚合物树脂选自环氧树脂、聚脲树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂中的任意一种。

11、优选的，所述固化的步骤为：将喷涂后的金属基体于室温固化1～3h，然后置于50～80℃固化24～36h。

12、第二方面，本发明提供了上述制备方法制备得到的高阻隔强耐蚀复合涂层。

13、第三方面，本发明提供了上述高阻隔强耐蚀复合涂层在金属防腐中的应用。

14、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

15、(1)本发明引入单宁酸对mxene纳米片进行改性，其能够在mxene纳米片间起到连接的作用，进而实现mxene纳米片的定向平行排布，能够防止mxene纳米片的堆积，且使mxene纳米片最大程度发挥防腐作用；与此同时，单宁酸与mxene纳米片之间的强相互作用阻止了mxene纳米片的氧化降解反应，因而复合涂层的服役寿命大幅延长；

16、(2)本发明的制备方法简单、反应时间短且原料成本低，同时通过简单的喷涂手段构筑了高阻隔强耐蚀复合涂层，适用范围广，易于规模化应用，具有广阔的市场前景。

技术特征：

1.一种高阻隔强耐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、甲醇或水中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述mxene粉末与溶剂的用量比为1g：100～500ml。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤为依次采用乙醇和水洗涤；所述干燥为冷冻干燥。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述mxene粉末由ti3alc2材料经hf蚀刻得到。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述负载单宁酸的mxene纳米片与聚合物树脂的质量比为1:200～500。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物树脂选自环氧树脂、聚脲树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂中的任意一种。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化的步骤为：将喷涂后的金属基体于室温固化1～3h，然后置于50～80℃固化24～36h。

9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的高阻隔强耐蚀复合涂层。

10.如权利要求9所述的高阻隔强耐蚀复合涂层在金属防腐中的应用。

技术总结本发明公开了一种高阻隔强耐蚀复合涂层及其制备方法和应用，属于防腐涂层技术领域。本发明的制备方法，包括如下步骤：将MXene粉末与单宁酸按质量比1～5:1分散于溶剂中，并在室温下超声处理30～60min；经离心、洗涤和干燥得到负载单宁酸的MXene纳米片；将负载单宁酸的MXene纳米片与聚合物树脂混合均匀后喷涂到金属基体表面，固化后即得。本发明的制备方法简单且原料成本低，同时通过简单的喷涂手段构筑了高阻隔强耐蚀复合涂层，复合涂层的服役寿命长，易于规模化应用，具有广阔的市场前景。技术研发人员：胡校苹,张宇昊,刘成宝,程莉,韩宝坤,张国松,马长江,孙长富受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17