[发明专利]一种改性氮化硅防腐涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性氮化硅防腐涂层的制备方法。首先，将氮化硅粉末进行预处理；再用硅烷偶联剂对氮化硅粉末进行处理，干燥后得到表面改性氮化硅粉末；之后，将改性后的氮化硅粉末按一定比例与环氧树脂、聚酰胺固化剂、溶剂混合，球磨，使填料混合均匀；最后将球磨好的涂料涂刷在金属基体表面，干燥、固化得到防腐涂层。在3.5％wt NaCl中性电解质溶液中进行电化学测试和附着力测试，与环氧树脂及未改性氮化硅涂层相比改性氮化硅涂层极大的提高了低频阻抗模值和附着力强度。本发明的改性氮化硅防腐蚀涂层制备方法操作简单，对金属基体有着更持久、稳定的保护效果，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及金属构件防腐涂层技术领域，尤其涉及一种长效耐腐蚀涂层的制备方法。

背景技术

随着海洋资源的开发，各种结构的金属构件得到了广泛的应用，但是在应用过程中存在着严重的腐蚀问题，造成了大量的经济损失。据不完全统计，我国每年因金属结构器件腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的2%-4%。随着环境问题的凸显，钢铁材料使用领域和使用量的不断扩大，腐蚀造成的损失量也将不断提高。因此，采取正确有效的金属防护技术和措施，减缓和控制腐蚀破坏的发生，具有十分重要的意义。

为了减缓金属构件腐蚀过程，延长产品的使用寿命，保证服役期间使用安全，人们运用了各种防腐蚀方法，如电化学保护、腐蚀介质处理和覆盖层保护等。尽管这些方法能在一定程度上保护金属免受腐蚀，但是它们工艺复杂、成本高昂，而且在深海条件下很难对金属构件提供长效性保护。

有机涂层因其制备工艺简单、成本低廉、可操控性强等优点，得到了各国研究者的青睐。单一的清漆涂层不能够满足实际应用环境的需求，这就需要在清漆涂层中添加各种功能的填料，增强对腐蚀环境的屏蔽作用，以提高涂层的耐腐蚀性能。Balaskas等人在环氧树脂中添加TiO₂提高金属的耐腐蚀性能（参见：Prog. Org. Coat. 69 (2010) 241-246、Prog. Org. Coat. 74 (2012) 418-426和Corros.Sci. 68 (2013) 101-110）；刘晓玲等人将氧化铁添加到环氧树脂中提高有机涂层的耐腐蚀性能（参见：Corros. Sci. 90 (2015)451-462、Corros. Sci. 90 (2015) 463-471、Corros. Sci. 51 (2009) 6-20和Prog.Org. Coat. 72 (2011) 315-320）。这些无机填料的添加虽然能够提高金属基体的耐腐蚀性能，但它们在环氧树脂中的分散性较差，与环氧树脂的相容性不好，容易造成表面缺陷、宏观微孔，降低涂层的附着力强度及耐蚀性能。因而一些研究者期望通过在环氧树脂中添加有机硅烷提高有机涂层的附着力，降低吸水率来提高涂层的耐腐蚀性能。胡吉明等人通过GPTMS硅烷偶联剂改性环氧树脂形成疏水的表面，提高涂层的耐腐蚀性能和附着力强度（参见：Corros. Sci. 48 (2006) 3731-3739和Prog. Org. Coat. 57 (2006) 439-443）；Jiang等人研究硅烷添加到有机涂层中腐蚀保护机理及附着力性能（参见：Corros. Sci.92 (2015) 118-126）。研究发现在环氧树脂中添加单一的硅烷对金属基体的保护是有限的，而且这类涂层往往涉及许多技术，过程较为复杂，腐蚀性离子仍然可以穿透涂层导致腐蚀的发生，很难对金属基体提供长效性保护。

发明内容

针对上述方法的缺点，本发明的目的是提出一种结合无机填料和有机硅烷偶联剂的改性氮化硅防腐涂层的制备方法，建立二者的联系，充分利用各自的优点，提高有机涂层的附着力强度和长效耐腐蚀能力。

本发明采用硅烷偶联剂对氮化硅粉末进行改性，改性之后的氮化硅粉末之间形成了部分共价键，与环氧树脂之间的连接作用增强，提高了涂层的附着力。改性氮化硅粉末与环氧树脂的相容性好，界面缺陷及宏观微孔大大减少，有效阻止了腐蚀性离子的扩散，提高涂层的耐腐蚀性能。此外，由于硅烷的疏水特性，降低了涂层的吸水率，改性氮化硅粉末对腐蚀介质的屏蔽作用大大增强，最终形成耐腐蚀性能良好的改性氮化硅涂层。