一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法

摘要

一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，涉及一种涂料制备方法，采用层层自组装方法（LBL）在二硒化钼（MoSe2）纳米片构建三聚氰胺及其盐‑植酸阻燃层，将功能化的二硒化钼纳米片填充到水性环氧树脂中制备得到钢结构水性防腐防火涂层。该方法通过构建P‑N系阻燃层提升了水性环氧树脂的阻燃性能；该纳米填料中的植酸具有巨大螯合势能，使其以更强的方式连接涂层和基材以提高涂层的防腐性和耐久性；也成功解决了纳米材料因为其高表面能导致易团聚的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及涂料制备方法，尤其涉及一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法。

背景技术

金属腐蚀是金属材料被化学或电化学反应破坏的现象，对国民经济和产业结构构成严重威胁。因此，防腐在现代金属加工工业中起着非常重要的作用。然而，腐蚀是不能完全被抑制的。目前无争议的方法包括阴极保护法，刷涂保护涂层和添加腐蚀抑制剂，或以上任何组合，其中使用保护涂层是最广泛使用的方法。关于保护涂层的当前挑战是新颖多功能材料作为防腐蚀剂，由于其优良的性能，可以满足不同的环境需求。

钢结构建筑在当今城市化建设中已达到举足轻重的地位，但是无论何种结构的建筑，火灾的隐患都或多或少的存在人们的生活当中。所以，钢结构的防火性能在现今乃至未来的生活领域将会显得越发重要，防火性能的要求也会进一步提高。

MoSe₂由于廉价、储藏量丰富，尤其是其独特的结构和物化特性收到了研究者的广泛关注。因其具有类似三明治的片层结构、可调的、高载流子迁移率、与光场很强的相互作用、内禀较强的自旋轨道耦合作用以及谷自由度等特性，在固体润滑剂、电学、光学、自旋电子学等器件领域具有巨大的应用前景。因此将片层结构的二硒化钼作为填料加入到防腐涂料中，将会是一个很好的方法。

近些年来，磷氮（P-N）阻燃剂得到了广泛关注，其在燃烧时，磷氮协同发挥阻燃作用，展示出了优异的化学稳定性和热稳定性，具有极佳的阻燃性能。此类阻燃剂兼具气相阻燃与凝聚相阻燃的双重阻燃作用，有利于形成炭层，阻挡燃烧基体与空气的接触，同时释放不燃气体，将炭层膨胀。但是单独添加P-N阻燃剂，形成的防火炭层并不连续，这严重限制了P-N阻燃剂的阻燃效率。

植酸作为植物种子的主要成分，占许多谷物和油仔重量的1-3%，含磷量较高。由于植酸对环境友好、具有一定的生物相容性、无毒、成本较低，是一种较容易获得的有机酸，因此它被应用到生物传感器、纳米材料、阳离子交换树脂及防腐蚀等多个领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，该方法通过LBL在改性的MoSe₂纳米片构建P-N阻燃层，通过植酸的螯合作用改变涂层/金属界面的结合状态，其以更强的方式连接涂层和基材，进而提高涂层的防腐性和阻燃性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，所述方法采用LBL在改性的MoSe₂纳米片构建P-N阻燃层，再将功能化MoSe₂纳米片与水性环氧树脂复合制备得到钢结构水性防腐防火涂层材料，具体合成步骤如下：

(1)功能化MoSe2纳米片的制备：分别将三聚氰胺盐和植酸配成0.05wt%和1wt% 的溶液；

①在室温下，将植酸溶解于乙醇和水的溶液中（乙醇：水= 95:5），形成浓度为2g/L的混合溶液；在室温下，将MoSe2纳米片浸泡到此溶液中，2h后将溶液用离心机离心3-5次，用去离子水漂洗3-5次，最后用氮气吹干备用；

②再将上述MoSe2纳米片静置在配置好的三聚氰胺及其盐溶液中20-40min后，将溶液用离心机离心3-5次，用蒸馏水漂洗3-5次，氮气吹干；

③将吸附了三聚氰胺及其盐的MoSe2纳米片静置配好的植酸溶液中20 - 40min后，将溶液用离心机离心3-5次，用蒸馏水漂洗3-5次，氮气吹干；

重复步骤②-③数次后，于110-130℃下反应2h，即可形成功能化MoSe2纳米片；

(2)取10-40份上述功能化MoSe2纳米片作为填料，加入到100-200份水和100-200份水性环氧树脂的混合液中，在球磨中分散1-2h，即得钢结构水性防腐防火涂层的母液；

（3）取25-50份水性固化剂与20-100份水混合均匀后再与钢结构水性防腐防火涂层母液按1：3-4的比例混合均匀即可。

所述的一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，所述三聚氰胺及其盐为三聚氰胺、三聚氰胺硫酸盐、三聚氰胺磷酸盐或、三聚氰胺硼酸盐。

所述的一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，所述MoSe₂纳米片构建P-N阻燃层的层数为3-5层。

所述的一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，所述水性环氧树脂为E51环氧乳液或E44环氧乳液。

所述的一种钢结构水性防腐防火涂层材料的制备方法，所述水性固化剂为Aq419或H228B。

本发明的优点与效果是：

1.本发明制备的功能化MoSe2纳米片添加到环氧树脂中，通过MoSe2中Se原子空的d轨道，使d轨道上的电子向Fe元素反馈，降低Fe元素的电子云密度，且MoSe2片层结构堵塞环氧树脂因固化过程产生孔隙，使金属表面不易氧化或腐蚀；使用的植酸作为环境友好的防锈剂，可以消除涂装涂料时除锈过程除锈不彻底产生微观锈蚀，使涂层在后期使用过程中不会出现内烂的情况，而且植酸由于螯合作用，易在金属表面形成一层致密的保护膜，隔绝空气中的氧和水与钢材表面接触从而阻挡和延长腐蚀粒子通过涂层到达金属基体的时间，减缓了金属的腐蚀。

2.本发明通过在MoSe₂纳米片表面构建P-N阻燃层，将MoSe₂纳米片与P-N阻燃体系并用，MoSe₂纳米片层结构可以支撑P-N阻燃体系燃烧后形成的炭层，从而生成连续的、致密的高强度炭层，解决了因单独添加P-N阻燃剂，形成的防火炭层并不连续的缺点。

3.本发明中制备的功能化MoSe₂纳米片利用植酸相容性好，提升了填料在树脂的分散性，避免了功能化MoSe₂纳米片在树脂中的重新堆垛和聚集，从而得到钢结构水性防腐防火涂层材料，本发明的涂层材料具有施工简单的优点。

附图说明

图1为纳米MoSe₂构建P-N阻燃体系结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

（1）功能化MoSe2纳米片的制备：分别将三聚氰胺和植酸配成0.05wt%和1wt% 的溶液。

① 在室温下，将植酸溶解于乙醇和水的溶液中（乙醇：水= 95:5），形成浓度为2g/L的混合溶液。在室温下，将MoSe2纳米片浸泡到此溶液中，2h后将溶液用离心机离心3次，用去离子水漂洗3次，最后用氮气吹干备用。

② 再将上述MoSe2纳米片静置在配置好的三聚氰胺溶液中30min后，将溶液用离心机离心3次，用蒸馏水漂洗3次，氮气吹干；

③ 将吸附了三聚氰胺的MoSe2纳米片静置配好的植酸溶液中30min后，将溶液用离心机离心3次，用蒸馏水漂洗3次，氮气吹干；

重复步骤②-③数次后，于120℃下反应2h，即可形成功能化MoSe2纳米片。

（2）取30份上述功能化MoSe2纳米片作为填料，加入到100份水和100份水性环氧树脂的混合液中，在球磨中分散1h，即得钢结构水性防腐防火涂层的母液。

（3）取50份水性固化剂与100份水混合均匀后再与钢结构水性防腐防火涂层母液按1-4的比例混合均匀即可得到钢结构水性防腐防火涂层涂料。

通过本发明制备得到的钢结构水性防腐防火涂层材料的性能测试，分为三组，第一组为MoSe2纳米片通过机械共混添加在水性环氧树脂得到的涂层材料，第二组为植酸-三聚氰胺（PHAM）添加在环氧树脂得到的涂层材料，第三组为通过本发明制备得到的涂层材料。根据涂层材料的检测标准，主要考察附着力、耐腐蚀性能和阻燃性能，具体结果参见表1。

第一组第二组第三组700h盐雾试验严重腐蚀中等腐蚀无腐蚀斑点大板燃烧法耐燃时间9min22min38min炭层强度/N10913附着力测试7.3MPa7.5MPa8.7MPa

由表1可知，通过本发明制备得到的涂层材料各项性能均优于其他两种涂层材料，主要是因为通过PHAM/MoSe2纳米片通过螯合作用和阻塞环氧树脂的天然孔隙阻止腐蚀介质的的渗透，提高涂层和基体粘合强度，提升涂层的防腐性能；而且通过在构建PHAM提升涂层的阻燃性能，从而提升涂层保护能力。