[发明专利]具有离子阻隔性和选择性的耐热防腐涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防腐处理领域，特别涉及用于形成具有离子阻隔性和选择性的耐热防腐涂层及其制备方法，所述防腐涂层可用于金属材料特别是钢质材料的耐热防腐中，以及相应的金属材料的防腐处理方法。

背景技术

金属材料在服役过程中不可避免地会受到周围环境的影响而发生腐蚀。防止金属材料腐蚀常用方法有电化学保护、涂层或膜防护以及缓蚀剂防护等。其中有机涂层或膜防腐由于简单、施工方便等特点成为金属防腐最常用的方法之一。常用有机涂层或膜对金属的防护作用主要是通过物理屏蔽作用来完成的。由于高分子材料固有的特性，导致有机涂层或膜中必然存在一些气孔、微裂纹等结构缺陷，从而容易成为腐蚀介质穿过涂层或膜进入到金属基体表面的通道，引起金属基体的腐蚀。通过往涂层或膜中添加防腐填料、增加涂层或膜厚度或者调整施工工艺等方法虽然在一定程度上可以延缓金属发生腐蚀，但是不能从根本上解决金属腐蚀的问题。

二十世纪七十年代末，N.Sato发现耐蚀金属的腐蚀沉积膜具有离子选择性，沉积膜朝向环境的外层和朝向金属的内层分别具有阳离子选择性和阴离子选择性，类似于半导体的P-N结特性，这种双极膜朝外阻止了外界离子如氯离子的侵入，向内阻止了金属阳离子向外迁移，并促进形成致密的无水氧化物内层，促使金属产生钝化，对金属起到保护作用(N.Sato.Toward a More Fundamental Understanding of Corrosion Processes.Corrosion，1989，Vol.45(5)：354～368)。随后的研究产生了钝化的双极膜机理(Bipolar Mechanism of Passivity)。

厦门大学的王周成等人依据上述金属钝化概念，在原理和技术上结合钝化膜和有机涂层或膜的特性，制备了掺杂离子交换树脂的离子选择性涂层或膜(参见：王周成等.A3钢在离子选择性涂层或膜下的腐蚀电化学行为，《厦门大学学报(自然科学版)》，1997，36(1)：388-393；王周成等，不同离子交换体对碳钢在有机涂层或膜下的腐蚀行为的影响，《材料保护》，2001，34(10)：9-10；王周成，离子选择性酚醛涂层或膜对碳钢防腐性能的研究，《材料保护》，1998，31(3)：1-3)。J.G Wang等研究发现质子酸掺杂聚苯胺具有阴离子交换的特点(J.G.Wang，Anion exchange nature of emeraldine base(EB)polyaniline(PAn)and a revisit of the EB formula，Synth.Met.132(2002)49-52)。将环氧树脂和聚苯胺共混的涂层或膜做底漆，混有阳离子交换树脂的环氧树脂涂层或膜做面漆得到的双极性涂层或膜，其防腐性能优于单一的阳离子选择性涂层或膜和阴离子选择性涂层或膜(J.G.Wang，Ch.C.Torardi，M.W.Duch，Polyaniline-related ion-barrier anticorrosion coatings I.Ionic permeability of polyaniline，cationic，and bipolar films，Synth.Met.157(2007)846-850；J.G.Wang，Ch.C.Torardi，M.W.Duch，Polyaniline-related ion-barrier anticorrosion coatings II.Protection behavior of polyaniline，cationic，and bipolar films，Synth.Met.157(2007)851-854)。但是，上述涂层或膜中的荷电粒子采用的是微米级的离子交换树脂，体积较大，使得其与基体接触界面处易出现缺陷，形成“针孔”，同时离子交换树脂具有很强的吸水性，对于涂层或膜来说这是一个致命的缺陷。

CN101463200A把本身带有一定电荷的纳米级微粒或经过处理后带有电荷的纳米粒子作为填料加入到成膜物质中，得到具有离子选择性的双极性纳米涂层或膜，具有较好的防腐效果。该涂层是通过内外两层膜具有离子选择性的作用来实现防腐功能的。

层状无机物由于其具有独特的层状结构优势，与聚合物复合表现出的优越的机械性能、热性能和尺寸稳定性受到了人们的关注。根据层状无机物的类型，环氧树脂/层状无机物纳米复合材料具有两大类：以蒙脱土(MMT)为代表的-环氧树脂/阳离子型层状无机物复合材料，以水滑石(LDH)为代表的环氧树脂/阴离子型层状无机物复合材料。