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海洋防腐聚酯粉末涂料

一種含片層狀磷酸鋯和碳納米管的海洋防腐粉末涂料,其通過耐鹽霧性能、耐濕熱性能和電化學性能測試證實其防腐性能有顯著提高。運用在高鹽霧,高濕熱,干濕交替、浸沒等環境的海洋工程材料涂裝中,能夠大幅度提高海洋工程材料的防腐蝕性能。
 

制備方法
 
1、 原料配方組成和質量分數如下:

聚酯樹脂65份(325g);固化劑4.8份(24g);磷酸鋯4.5份(22.5g);碳納米管0.5份(2.5g);顏料8.4份(42g);填料15份(75g);流平劑0.6份;光亮劑1份(5g);固化促進劑0.2份(1g)。
 
2、其制備方法包括以下步驟:

(1)、根據上述原料配方,按質量用電子天平稱取各組分原料,充分攪拌均勻;
 
(2)、采用雙螺桿熔融擠出機熔融擠出經步驟(1)攪拌均勻的原料,擠出溫度控制在120℃,轉速控制在250r/min;
 
(3)、將步驟(2)中熔融擠出的原料冷卻,經粉碎機粉碎,旋風分離器篩分,得到粒徑為160目的成品粉末涂料。
 
防腐原理
 
1、采用具有納米片層狀結構的磷酸鋯作為填料。該類磷酸鋯片層狀結構穩定,機械強度很高,不溶于水和有機溶劑,具有較強的耐酸堿能力。將片層狀磷酸鋯引入到海洋防腐粉末涂料的配方中,片層狀結構層層堆疊可以大大的增加腐蝕介質的滲透路徑,有效阻止小分子腐蝕介質和氧化性物質的浸入,能起到很好的物理屏蔽作用。
 
 2、采用具有超高導電性的碳納米管作為填料。碳納米管具有極佳的導電性能,其抗拉強度可達到50~200GPa,是鋼的100倍;硬度與金剛石相當,卻擁有良好的柔韌性,將其作為填料引入到海洋防腐粉末涂料中可賦予涂層優異的電子傳遞性能,陽極所產生的電子可以通過碳納米管網絡順利傳導到涂膜表面,使電化學腐蝕的陰極反應及反應產物由鋼制基材表面轉移到防腐涂層表面,有效減少基材表面腐蝕產物的堆積,抑制涂層的起泡脫落,最終提高了涂膜附著力的持久性和使用壽命。碳納米管同時可以明顯提高涂料的機械強度和韌性,進一步提高防腐涂料的附著力與硬度,提高涂料的使用壽命。
 
3、綜合利用磷酸鋯的物理屏蔽作用和碳納米管的機械性能與電荷傳導作用,開發含片層狀磷酸鋯和碳納米管的海洋防腐聚酯粉末涂料,顯著的提高了純聚酯海洋防腐粉末涂料的防腐性能,對高鹽霧,高濕熱海洋環境的金屬防腐涂料的發展起到較大的推動作用。
 
 
防腐涂料特性詳解
 
1、 耐濕熱與耐鹽霧性能


 
由上表可知,隨著時間推移,500h時,純聚酯涂膜的綜合破壞等級能為3級,而實施例將傳統的海洋防腐粉末涂料的耐濕熱性從500h提升到2000h,其耐濕熱性能得到明顯提高。
 
另外,可知隨著時間推移,2000h,劃線處:純聚酯涂膜單向銹蝕≤4.3mm,未劃線區:有起泡和點蝕的現象;實施例單向銹蝕≤1mm;未劃線區:無異常。
(說明片層狀磷酸鋯和碳納米管的引入能夠大幅度提高聚酯涂層的耐中性鹽霧性能。)
 
2、電化學測試

為了便于性能對比,以實施例和無填料聚酯涂膜進行電化學防腐測試。
 
涂膜采用質量百分百濃度為3.5wt%NaCl水溶液進行浸泡,采用三電極測試體系和瑞士Auto LAB電化學工作站對涂膜進行交流阻抗譜和塔菲爾極化曲線測試,測試條件如下:飽和甘汞電極作為參比電極,石墨電極作為輔助電極,涂膜作為工作電極,工作電極面積為8cm2 ;初始頻率為100000Hz;終止頻率為0.01Hz;正弦擾動電壓為10mV。
 
測試結果如附圖所示:
 

 
從上圖中可以看出,在質量百分百濃度為3.5wt%NaCl溶液中泡50天后,無填料聚酯涂膜的阻抗值為2E04Ω;實施例涂膜的阻抗值為8E04Ω,相比無填料聚酯涂膜,其防腐性能提高了4倍。
 

 
另外,還可從上圖中可以看出,在質量百分百濃度為3.5wt%NaCl溶液中泡60天后,無填料聚酯涂膜的腐蝕電壓和腐蝕電流(log(i/A))分別為-0.88V和-4.49A;相比無填料聚酯涂膜,實施例涂膜的腐蝕電壓正移為-0.57V,腐蝕電流負移為-6.32A。由交流阻抗譜和埃菲爾極化曲線得出,實施例涂膜較無填料聚酯涂膜,其防腐性能得到了明顯提高。


 
展望:

伴隨國內科研人士通過對各種功能性新材料的不斷探索與突破,相信很快我們同樣會設計出中國自主創造的具有市場競爭力涂料產品,尤其是高端重防腐涂料產品,助力中國海洋經濟向環保型和節約型方向高速發展!

(本文部分摘自專利節選:201810550024.2,華南理工大學)
 

 

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