專利名稱：具有離子阻隔性和選擇性的耐熱防腐涂層及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及防腐處理領域，特別涉及用于形成具有離子阻隔性和選擇性的耐熱防腐涂層及其制備方法，所述防腐涂層可用于金屬材料特別是鋼質材料的耐熱防腐中，以及相應的金屬材料的防腐處理方法。
背景技術：
金屬材料在服役過程中不可避免地會受到周圍環(huán)境的影響而發(fā)生腐蝕。防止金屬材料腐蝕常用方法有電化學保護、涂層或膜防護以及緩蝕劑防護等。其中有機涂層或膜防腐由于簡單、施工方便等特點成為金屬防腐最常用的方法之一。常用有機涂層或膜對金屬的防護作用主要是通過物理屏蔽作用來完成的。由于高分子材料固有的特性，導致有機涂層或膜中必然存在一些氣孔、微裂紋等結構缺陷，從而容易成為腐蝕介質穿過涂層或膜進入到金屬基體表面的通道，引起金屬基體的腐蝕。通過往涂層或膜中添加防腐填料、增加涂層或膜厚度或者調整施工工藝等方法雖然在一定程度上可以延緩金屬發(fā)生腐蝕，但是不能從根本上解決金屬腐蝕的問題。二十世紀七十年代末，N. Sato發(fā)現(xiàn)耐蝕金屬的腐蝕沉積膜具有離子選擇性，沉積膜朝向環(huán)境的外層和朝向金屬的內層分別具有陽離子選擇性和陰離子選擇性，類似于半導體的P-N結特性，這種雙極膜朝外阻止了外界離子如氯離子的侵入，向內阻止了金屬陽離子向外遷移，并促進形成致密的無水氧化物內層，促使金屬產生鈍化，對金屬起到保護作用(N. Sato. Toward a More Fundamental Understanding of Corrosion Processes. Corrosion, 1989, Vol. 45(5) :354 368)。隨后的研究產生了鈍化的雙極膜機理(Bipolar Mechanism of Passivity)0廈門大學的王周成等人依據(jù)上述金屬鈍化概念，在原理和技術上結合鈍化膜和有機涂層或膜的特性，制備了摻雜離子交換樹脂的離子選擇性涂層或膜(參見王周成等.A3 鋼在離子選擇性涂層或膜下的腐蝕電化學行為，《廈門大學學報(自然科學版)》，1997， 36(1) =388-393 ；王周成等，不同離子交換體對碳鋼在有機涂層或膜下的腐蝕行為的影響， 《材料保護》，2001,34(10) 9-10 ；王周成，離子選擇性酚醛涂層或膜對碳鋼防腐性能的研究，《材料保護》，1998，31 (3) :1-3)。J. G Wang等研究發(fā)現(xiàn)質子酸摻雜聚苯胺具有陰離子交換的特點(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) 將環(huán)氧樹脂和聚苯胺共混的涂層或膜做底漆，混有陽離子交換樹脂的環(huán)氧樹脂涂層或膜做面漆得到的雙極性涂層或膜，其防腐性能優(yōu)于單一的陽離子選擇性涂層或膜和陰離子選擇性涂層或膜 (J. G. Wang, Ch. C. Torardi, Μ. 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. TorardiiM. W. Duch, Polyaniline-related ion-barrier anticorrosion coatings II.Protection behavior of polyaniline, cationic, and bipolar films，Synth. Met. 157 Q007) 851-854)。但是，上述涂層或膜中的荷電粒子采用的是微米級的離子交換樹脂，體積較大，使得其與基體接觸界面處易出現(xiàn)缺陷，形成“針孔”，同時離子交換樹脂具有很強的吸水性，對于涂層或膜來說這是一個致命的缺陷。CN101463200A把本身帶有一定電荷的納米級微粒或經過處理后帶有電荷的納米粒子作為填料加入到成膜物質中，得到具有離子選擇性的雙極性納米涂層或膜，具有較好的防腐效果。該涂層是通過內外兩層膜具有離子選擇性的作用來實現(xiàn)防腐功能的。層狀無機物由于其具有獨特的層狀結構優(yōu)勢，與聚合物復合表現(xiàn)出的優(yōu)越的機械性能、熱性能和尺寸穩(wěn)定性受到了人們的關注。根據(jù)層狀無機物的類型，環(huán)氧樹脂/層狀無機物納米復合材料具有兩大類以蒙脫土(MMT)為代表的-環(huán)氧樹脂/陽離子型層狀無機物復合材料，以水滑石(LDH)為代表的環(huán)氧樹脂/陰離子型層狀無機物復合材料。蒙脫土是一類天然的層狀硅酸鹽類礦物質，主要特性是比表面積大，水分和其他有機分子容易使其膨脹，導致層間距增大。蒙脫土整個結構片層包含三個亞層，在兩層硅氧四面體亞層中間夾含一鋁氧八面體亞層，硅氧四面體與鋁氧八面體之間共用氧原子，部分晶格中的Al3+被Mg2+或Si4+被Al3+同晶置換，因而晶層帶負電荷。過剩的負電荷靠游離于層間的Na+、Ca2+來維持電荷平衡，因此片層表面容易吸附金屬陽離子。交換后的蒙脫土呈親油性，并且蒙脫土層間的距離增大。水滑石的組成為=Mg6Al2 (OH) 16C03. 4H20。Mg2+和Al3+在其骨架上有序占據(jù)在0H_離子密堆積的八面體位置中，形成二維帶過剩正電荷的氫氧化物單元層，此單元層被結合水分子的CO32-離子層隔開并達到電荷平衡。當骨架中Mg2+、Al3+分別被其他同價金屬陽離子部分或全部同晶取代，或層間CO/—被其他陰離子交換的水滑石均稱為類水滑石，化學通式為[Μ^χΜ^(OH)2]x+[An_x/n. mH20]。式中M2+、M3+分別為二價和三價的金屬陽離子，A為不同價數(shù)的陰離子，X為M3+/(M2++M3+)元素摩爾比，m為層間結合水分子數(shù)。水滑石具有層間陰離子可交換性、骨架陽離子同晶取代性以及熱降解性等特點，是一種多功能高分子材料改性助劑。與蒙脫土相似，水滑石也是一種二維層狀材料，差別在于它是陰離子型層狀材料， 所以同樣可以通過離子交換來改變水滑石的層間結構，從而進行有機改性。相關研究表明，MMT或LDH加入到聚合物中能顯著提高涂層的阻隔作用，降低涂層的吸水性，提高聚合物涂層的防腐效果(M. R. Bagherzadeh，F(xiàn). Mahdavi, Preparation of epoxy-clay nanocomposite and investigation on its anti-corrosive behavior in epoxy coating.Prog. Org. Coat. ,2007,60(2) :117-120 ；Fazhi Zhang et al. Fabrication of oriented layered double hydroxide films by spin coating and their use in corrosion protection, Chemical Engineering Journal 141(2008)362-367 ； R. G.Buchheit, H. Guan. Active corrosion protection and corrosion sensing in chromate-free organic coatings,Prog. Org. Coat. 2003,47(6) :174-182 ；孫勐，LDHs 薄膜的旋涂法制備及其防腐蝕性能研究，北京化工大學碩士學位論文，2007)。但是上述相關涂層的防腐作用有的是利用離子選擇性來完成的，有的是利用填料的阻隔作用來完成的。本發(fā)明與上述涂層的不同之處在于所制備的涂層既具有離子選擇性又具有層片狀阻隔作用，所以其防腐效果在一定程度上有了更大的提高
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種涂層，它不僅具有離子選擇性，同時由于填料的層片狀物理形貌特征，該涂層對于有害物質的滲透還具有物理阻隔作用。首先，本發(fā)明提供了一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層組合物，該組合物包括能形成陰離子選擇性層的層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料；以及能形成陽離子選擇性層的層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料。其次，本發(fā)明還提供了一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層，該涂層包括陰離子選擇性層，所述陰離子選擇性層由層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料形成；以及陽離子選擇性層，所述陽離子選擇性層由層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料形成。在本發(fā)明的一具體實施方案中，所述層間帶正電荷的層片狀無機材料的電動電位 (Zeta電位)大于0和小于等于50mV ；層間帶負電荷的層片狀無機材料的電動電位(kta 電位)小于0和大于等于-50mV。在本發(fā)明的一具體實施方案中，其中，所述基體材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂或聚酰胺類聚合物材料。在本發(fā)明的一具體實施方案中，其中，所述層間帶負電荷的層片狀無機材料為蒙脫土或經改性處理后的蒙脫土 ；層間帶正電荷的層片狀無機材料為水滑石或經改性處理后的水滑石。在本發(fā)明的一具體實施方案中，其中，所述陰離子選擇性層的厚度為100 200 μ m,所述陽離子選擇性層的厚度為100 200 μ m。本發(fā)明還提供了一種制備離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層的方法，該方法包括將層間帶正電荷的層片狀無機材料插層第一基體材料后，再與第一固化劑混合均勻，涂布，形成陰離子選擇性層；然后，將層間帶負電荷的層片狀無機材料插層第二基體材料后，再與第二固化劑混合均勻，涂布，形成陽離子選擇性層，其中在陰離子選擇性層上涂布陽離子選擇性層。本發(fā)明還提供了上述耐熱防腐涂層在金屬材料防腐中的用途。本發(fā)明還提供了一種金屬材料的防腐處理方法，該方法包括在金屬材料的表面形成上述的離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層。本發(fā)明借鑒了金屬鈍化的雙極性理論，制備了一種具有離子阻隔作用的耐熱防腐涂層。本發(fā)明的涂層，可用于金屬材料尤其是鋼質材料的防腐，適用于埋地管道、海洋平臺、 海底管道、輪船等氯離子含量較高的腐蝕環(huán)境以及油井管等高溫服役環(huán)境中金屬材料的防腐。本發(fā)明的防腐涂層具有離子選擇性和阻隔作用，相對于現(xiàn)有技術中的離子交換樹脂雙極膜而言，本發(fā)明中采用層片狀無機材料作為帶電粒子，能夠避免出現(xiàn)現(xiàn)有技術中離子交換樹脂雙極膜與基體界面處的“針孔”缺陷，且本發(fā)明的防腐涂層不具有離子交換樹脂的強吸水性，可有效地進一步阻止腐蝕性介質的滲入，并且，本發(fā)明的防腐涂層，制備工藝簡便， 應用性能好。


圖1為普通環(huán)氧涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖加為單一的陽離子選擇性涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖2b為單一的陰離子選擇性涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖3為本發(fā)明實施例1中的涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖4為普通環(huán)氧涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡后期與金屬接觸界面的微觀形貌和能譜分析；圖5為本發(fā)明實施例1中的涂層在90°C 5%氯化鈉溶液中浸泡后期與金屬接觸界面的微觀形貌和能譜分析；圖6為本發(fā)明實施例1中所用層片狀無機材料插層環(huán)氧樹脂后制備的陰離子選擇性膜、陽離子選擇性膜的膜電位圖；圖7為普通環(huán)氧涂層在90°C 5%鹽酸溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖8a為單一的陽離子選擇性涂層在90°C 5 %鹽酸溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖8b為單一的陰離子選擇性涂層在90°C 5 %鹽酸溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖9為本發(fā)明實施例2中的涂層在90°C 5%鹽酸溶液中浸泡不同時間的阻抗-頻率圖；圖IOa為環(huán)氧清漆涂層在高溫高壓釜內模擬實際工況后涂層界面微觀形貌和能譜分析；圖IOb為陽離子選擇性涂層在高溫高壓釜內模擬實際工況后涂層界面微觀形貌和能譜分析；圖IOc為陰離子選擇性涂層在高溫高壓釜內模擬實際工況后涂層界面微觀形貌和能譜分析；圖IOd為本發(fā)明實施例3中的涂層在高溫高壓釜內模擬實際工況后涂層界面微觀形貌和能譜分析。
具體實施例方式首先，本發(fā)明提供了一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層組合物，該組合物包括能形成陰離子選擇性層的層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料；以及能形成陽離子選擇性層的層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料。其次，本發(fā)明還提供了一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層，該涂層包括陰離子選擇性層，所述陰離子選擇性層由層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料形成；以及陽離子選擇性層，所述陽離子選擇性層由層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料形成。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述基體材料可以是具有防腐作用的聚合物，其中， 所述基體材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂或聚酰胺類聚合物材料；所述層間帶負電荷的層片狀無機材料為蒙脫土或經改性處理后的蒙脫土 ；層間帶正電荷的層片狀無機材料為水滑石或經改性處理后的水滑石。這些無機層片狀材料具有納米級的小尺寸，經過改性后不吸水，較微米級離子交換樹脂粒子具有優(yōu)越性。在本發(fā)明的一具體實施方案中，所述具有阻隔作用的耐熱防腐涂層中的陽離子選擇性層為經過改性處理的蒙脫土插層到環(huán)氧樹脂/酚醛樹脂中后形成的膜層，所述陰離子選擇性層為經過改性處理的水滑石插層到環(huán)氧樹脂/酚醛樹脂中形成的膜層。本發(fā)明中，所述納米級在所述領域中通常是指0. 1 lOOnm。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述帶正電荷的層片狀物質的電動電位(Zeta電位，指剪切面的電位，是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標)大于O和小于等于50mV，所述帶負電荷的層片狀物質的kta電位為小于O和大于等于_50mV。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，在將本發(fā)明的耐熱防腐涂層用于金屬材料的防腐處理時，所述陰離子選擇性層的厚度為100 200μπι，所述陽離子選擇性層的厚度為100 200 μ m,整體涂層的厚度通常可控制在200 400 μ m,即可達到良好的防腐效果。通常，在普通程度的腐蝕環(huán)境中，本發(fā)明所制備的普通級的防腐涂層厚度可以為200 300 μ m或更小，其中單層陰、陽離子選擇性層的厚度可為IOOym左右或更小；在腐蝕程度比較嚴重的環(huán)境中，本發(fā)明的防腐涂層可制作成加強級，加強級防腐涂層整體厚度300 400 μ m，其中單層陰、陽離子選擇性層厚度< 200μπι。本發(fā)明還提供了一種制備離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層的方法，該方法包括將層間帶正電荷的層片狀無機材料插層第一基體材料后，再與第一固化劑混合均勻，涂布，形成陰離子選擇性層；然后，將層間帶負電荷的層片狀無機材料插層第二基體材料后，再與第二固化劑混合均勻，涂布，形成陽離子選擇性層，其中在陰離子選擇性層上涂布陽離子選擇性層。本發(fā)明還提供了上述耐熱防腐涂層在金屬材料防腐中的用途。本發(fā)明還提供了一種金屬材料的防腐處理方法，該方法包括在金屬材料的表面形成上述的離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層。蒙脫土是一類天然的層狀硅酸鹽類礦物質，主要特性是比表面積大，水分和其他有機分子容易使其膨脹，導致層間距增大。蒙脫土整個結構片層包含三個亞層，在兩層硅氧四面體亞層中間夾含一鋁氧八面體亞層，硅氧四面體與鋁氧八面體之間共用氧原子，部分晶格中的Al3+被Mg2+或Si4+被Al3+同晶置換，因而晶層帶負電荷。過剩的負電荷靠游離于層間的Na+、Ca2+來維持電荷平衡，因此片層表面容易吸附金屬陽離子。交換后的蒙脫土呈親油性，并且蒙脫土層間的距離增大。層狀雙氫氧化物(LDHs，Mg6Al2 (OH) 16C03 · 4H20)是一種天然的礦物質和層間帶正電荷的陰離子層狀材料，由礦物質Mg(OH)2派生而來。其結構由Mg(OH)2中性層堆疊而成， 位于層上的一部分Mg2+可被半徑相似的Al3+同晶取代，使得層間帶正電荷。無論是蒙脫土類層片狀材料或水滑石類，可以直接插層到基體材料中制成復合材
7料，也可以通過改性處理后插層到基體材料中制成復合材料，具有較好的綜合性能。以下通過具體實施例進一步具體說明本發(fā)明的技術及特點，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的技術實質和所能產生的有益效果，不能理解為對本發(fā)明實施范圍的限定。 本發(fā)明中，除特別注明外，所述比例和含量均為重量比例和含量。實施例1本實施例1中，是在鋼質管道外涂布制作本發(fā)明的防腐涂層，具體過程包括水滑石的改性取IOgMg-Al-LDH,溶于300ml沸騰(除CO2)的液體中(去離子水 乙醇=1 1，體積百分比)，然后轉移至三口燒瓶中；在水浴80°C磁力攪拌下，加入0. IM的偏釩酸鈉溶液100ml，于回流溫度下攪拌反應2小時，然后用0. IM氫氧化鈉溶液調節(jié)使得溶液PH = 8. 4，隨后讓反應產物于室溫自然冷卻，離心分離，用乙醇和水混合液(體積百分比 1 1)清洗3次，80°C真空干燥M小時，研磨過200目篩。經測量，所得到粉末的^^電位為lanV。將相當于樹脂質量百分比為3%的改性水滑石粉末加入到雙酚A型環(huán)氧樹脂/酚醛樹脂(E51/F51)(質量百分比為6 4)的混合物中，在80°C下快速攪拌2小時得到樹脂 /水滑石混合物溶液，備用。采用行星球磨機將固化劑偏苯三酸酐TMA與稀釋劑1，2-環(huán)己二醇二縮水甘油醚按照1 0.5質量比例球磨混合，備用。將上述插層后的樹脂基體與稀釋后的固化劑按照1 0.3的質量百分比研磨均勻，得到涂料，立即手工涂覆于已清潔(除銹、除油)的鋼質管道外表面，80°C /4h+150°C /lh+180°C /4h高溫固化后即得陰離子選擇性層，厚度均為 150 μ m0蒙脫土的改性稱取IOgMMT分散于300ml去離子水中形成懸浮液，室溫攪拌使其均勻分散；將相當于蒙脫土陽離子交換容量為llOmeq/lOOg的改性劑硝酸鈣粉末加入到上述溶液中，在80°C水浴中，恒溫攪拌3小時。攪拌均勻后，將上述溶液倒入500ml的丙酮溶液中，在室溫下攪拌半小時，自然冷卻，離心分離，用乙醇和水混合液(體積百分比1 1) 清洗3次，80°C真空干燥M小時，研磨過200目篩，制得改性的蒙脫土。經測量，所得到的粉末的kta電位為-20mV。相當于樹脂質量百分比為3%的改性蒙脫土加入到雙酚A型環(huán)氧樹脂/酚醛樹脂 (E51/F51)混合物中(質量百分比為6 4)，在80°C下快速攪拌2小時得到樹脂/蒙脫土混合物溶液，備用。采用行星球磨機將固化劑偏苯三酸酐TMA與稀釋劑1，2-環(huán)己二醇二縮水甘油醚按照1 0.5質量比例球磨混合，備用。將插層后的樹脂與稀釋后的固化劑按照1 0.3的質量百分比研磨均勻，得到涂料，立即手工涂覆于上述已固化的陰離子選擇性層外，待固化后即得陰陽型離子選擇性涂層或膜(即內層為陰離子選擇性層，外層為陽離子選擇性層)， 涂層或膜總厚度約300 μ m。從而，在鋼質管道外形成本發(fā)明的具有離子阻隔性和選擇性的耐熱防腐涂層或膜。本發(fā)明中還采用電化學阻抗譜(EIQ方法對該陰陽型離子選擇性涂層或膜的防腐性能進行了測試，電化學阻抗譜采用CHI660C電化學工作站，在開路電位下測定，測試頻率為IOOkHz 0. 01Hz，幅值為20mV。測試系統(tǒng)為三電極系統(tǒng)，試樣為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，碳棒為輔助電極，電解液為5%氯化鈉溶液，在90°C下測試。以普通環(huán)氧涂層或膜(厚度約300 μ m)作對照。為保證電解液濃度恒定，每天更換電解池中的電解液。 測試結果請參見圖1、圖2a、圖2b和圖3。其中，圖1顯示普通環(huán)氧涂層不同浸泡時間的阻抗-頻率關系，圖加和圖2b為單一的陽離子選擇性涂層和陰離子選擇性涂層不同浸泡時間的阻抗-頻率關系，圖3為本發(fā)明的陰陽型離子選擇性涂層不同浸泡時間的阻抗-頻率關系。從結果可以看出，普通環(huán)氧涂層隨時間的延長其阻抗值迅速下降，單一的離子選擇性涂層的防腐效果好于普通的環(huán)氧涂層，其中陽離子選擇性涂層的防腐效果好于陰離子型的。而本發(fā)明的陰陽型離子選擇性涂層隨時間變化其阻抗值幾乎不變，具有良好的防腐性能。將浸泡后期的涂層或膜從溶液中取出，進行機械剝離，利用掃描電鏡(SEM)觀察與金屬接觸界面處的微觀形貌。圖4顯示普通環(huán)氧涂層的微觀形貌和能譜分析，可以發(fā)現(xiàn)涂層或膜表面出現(xiàn)Na+和Cl_，說明腐蝕介質已經通過涂層或膜到達金屬表面，涂層或膜失去了阻隔作用。圖5為本發(fā)明的耐熱涂層浸泡后期的涂層或膜橫截面微觀形貌，可以發(fā)現(xiàn)涂層或膜表面沒有Na+和Cl—，說明該涂層具有同時阻隔陰陽離子滲透進入涂層的功能，具有較好的防腐效果。本實施例1中同時還使用所述的陰、陽離子選擇性層的配比在聚四氟乙烯板上分別涂布制備陰離子選擇性膜、陽離子選擇性膜，膜厚度分別約為100 μ m，對其進行膜電位測試，并與環(huán)氧樹脂膜進行對比。測試結果如圖6所示。在本發(fā)明的離子選擇性膜內部由于存在固定電荷，會使得溶液中的帶有異號電荷的可移動離子通過，而排斥帶相同電荷的離子。 當離子選擇性膜的兩側有不同濃度的相同電解質時，在離子選擇性膜的界面處就會產生膜電位。對于陰離子選擇性膜，在其內部固定電荷為陽離子，因此該膜使得溶液中的可移動陰離子通過，而排斥陽離子，膜電位為正；陽離子選擇性膜情況相反，膜電位為負。實施例2本實施例2的涂層制備方法與實施例1 一樣，只是電解質溶液改為90°C 5%鹽酸溶液，其余測試條件一樣。測試結果請參見圖7、圖8a、圖8b和圖9。圖7顯示普通環(huán)氧涂層不同浸泡時間的阻抗-頻率關系；圖8a和圖8b為單一的陽離子選擇性涂層和陰離子選擇性涂層不同浸泡時間的阻抗-頻率關系；圖9為本發(fā)明的陰陽極性離子選擇性涂層不同浸泡時間時的阻抗-頻率關系。可以發(fā)現(xiàn)普通環(huán)氧涂層隨時間的延長其阻抗值迅速下降，單一的離子選擇性涂層的防腐效果好于普通的環(huán)氧涂層，其中陽離子選擇性涂層的防腐效果好于陰離子型；而本發(fā)明的涂層在浸泡過程中阻抗下降緩慢，在浸泡后期阻抗值仍然高于IOkiQ，具有較好的耐酸性介質的性能。實施例3本實施例3的涂層的制備方法與實施例1 一樣，在高溫高壓釜里考察了模擬工況條件下涂層的防腐性能。試驗條件為釜內溫度135°C，腐蝕介質為5%氯化鉀溶液，釜內總壓2MPa，H2S氣體分壓0. 4MPa，CO2分壓1. 6MPa，利用高純氮氣除氧，試驗時間5天。利用掃描電鏡和能譜對腐蝕產物進行形貌觀察及成分分析，測試結果參見圖 IOa-IOd0圖中SEM圖顯示下層為緊挨金屬的一面，上層為直接接觸腐蝕介質的一面。純環(huán)氧涂層浸泡后發(fā)生嚴重溶脹，涂層失效；陽離子選擇性涂層與金屬界面處只有鉀離子沒有氯離子；陰離子選擇性涂層與金屬界面處只有氯離子沒有鉀離子；本發(fā)明的陰陽極性離子選擇性涂層與金屬界面處既沒有氯離子也沒有鉀離子，證實了本發(fā)明中的涂層具有雙向選擇的能力。 將本發(fā)明的實施例結果和現(xiàn)有技術的結果對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的實施例考察的是高溫酸性或中性溶液對涂層的破壞作用，而現(xiàn)有技術一般都是考察常溫中性溶液對涂層的影響，因此本發(fā)明的結果表明該涂層具有較好的耐高溫性和耐介質腐蝕性。
權利要求
1.一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層組合物，該組合物包括能形成陰離子選擇性層的層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料；以及能形成陽離子選擇性層的層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料。
2.一種離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層，該涂層包括陰離子選擇性層，所述陰離子選擇性層由層間帶正電荷的層片狀無機材料與基體材料形成；以及陽離子選擇性層，所述陽離子選擇性層由層間帶負電荷的層片狀無機材料與基體材料形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的耐熱防腐涂層，其中，所述層間帶正電荷的層片狀無機材料的電動電位為大于0和小于等于50mV;層間帶負電荷的層片狀無機材料的電動電位為小于 0和大于等于_50mV。
4.根據(jù)權利要求2所述的耐熱防腐涂層，其中，所述基體材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、 丙烯酸樹脂或聚酰胺類聚合物材料。
5.根據(jù)權利要求2所述的耐熱防腐涂層，其中，所述層間帶負電荷的層片狀無機材料為蒙脫土或經改性處理后的蒙脫土 ；層間帶正電荷的層片狀無機材料為水滑石或經改性處理后的水滑石。
6.根據(jù)權利要求2所述的耐熱防腐涂層，其中，所述陰離子選擇性層的厚度為100 200 μ m,所述陽離子選擇性層的厚度為100 200 μ m。
7.一種制備權利要求2 6任一項所述的離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層的方法， 該方法包括將層間帶正電荷的層片狀無機材料插層第一基體材料后，再與第一固化劑混合均勻， 涂布，形成陰離子選擇性層；然后，將層間帶負電荷的層片狀無機材料插層第二基體材料后，再與第二固化劑混合均勻，涂布，形成陽離子選擇性層，其中在陰離子選擇性層上涂布陽離子選擇性層。
8.權利要求2 6任一項所述的耐熱防腐涂層在金屬材料防腐中的用途。
9.一種金屬材料的防腐處理方法，該方法包括在金屬材料的表面形成權利要求2 6 任一項所述的離子阻隔性和選擇性耐熱防腐涂層。
全文摘要
本發(fā)明是關于一種具有離子阻隔性和選擇性的耐熱防腐涂層及其制備方法，所述耐熱防腐涂層在金屬材料特別是鋼質材料防腐中的用途，以及相應的金屬材料的防腐處理方法。本發(fā)明的防腐涂層包括陰離子選擇性層和陽離子選擇性層，其中所述陰、陽離子選擇性層可為包含層片狀無機材料插層的基體材料的膜層；所述層片狀無機材料的Zeta電位在-50mV～50mV，所述基體材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂或聚酰胺類聚合物材料等具有防腐作用的聚合物。本發(fā)明的防腐涂層可用于埋地管道、海洋平臺、海底管道、輪船等氯離子含量較高的腐蝕環(huán)境中鋼質材料的防腐涂層，具有良好防腐性能。
文檔編號C09D7/12GK102424739SQ201110363348
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者周瓊, 胡銀春, 董玉華, 馬麗琴 申請人:中國石油大學(北京)