一种高性能缓蚀水性防腐涂料的制备方法与流程

本发明涉及防腐涂料，尤其涉及一种高性能缓蚀水性防腐涂料的制备方法。

背景技术：

1、钢筋腐蚀是导致混凝土结构耐久性下降的主要原因，涂层防护是有效手段之一。水性防腐涂料虽环保，但在严苛环境下长效防护性能仍不足，存在以下问题：

2、其一，传统片状填料在涂层中无序排列，腐蚀介质可沿片层缝隙快速渗透，物理屏蔽效能有限；缺乏向表层定向富集的驱动力，难以形成致密屏蔽层。

3、其二，缓蚀剂直接共混于涂料中，易在固化过程中流失或过早反应，有效保护周期短；且多为被动恒速释放，无法根据氯离子侵入或局部酸化等腐蚀信号按需响应，保护效率低。

4、其三，普通涂层难以自发形成缓蚀组分向钢筋界面富集的梯度结构，界面主动防护和自抑制能力不足，一旦介质穿透涂层，腐蚀迅速扩展。

5、其四，传统涂层交联网络缺乏动态可逆特性，受损后无法自修复，裂纹处成为腐蚀加速点。

6、为此我们提出一种高性能缓蚀水性防腐涂料的制备方法来解决现有的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种高性能缓蚀水性防腐涂料的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能缓蚀水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、对钢筋表面依次进行脱脂、除锈、粗化、水洗和干燥处理，得到预处理钢筋基体；

4、s2、制备水性成膜基料，所述水性成膜基料包括水性环氧乳液、羟基丙烯酸乳液、硅烷偶联剂和动态交联组分；

5、s3、制备双门控缓蚀颗粒，以层状载体为核体，在所述核体的层间结构内负载第一缓蚀组分和第二缓蚀组分，然后在核体外依次包覆ph响应内层和氯离子交换型外层，形成双门控缓蚀颗粒，其中，所述氯离子交换型外层响应氯离子侵入释放第一缓蚀组分，所述ph响应内层响应局部酸化释放第二缓蚀组分，干燥后得到双门控缓蚀颗粒；

6、s4、制备磁响应片层屏蔽浆料，将片状屏蔽填料进行磁响应改性，使其表面附着磁性纳米粒子，然后分散于溶剂中，得到磁响应片层屏蔽浆料；

7、s5、将所述水性成膜基料、双门控缓蚀颗粒、磁响应片层屏蔽浆料、碱储备填料和润湿分散助剂混合，经分散、研磨、脱泡和过滤，得到水性防腐涂料，其中，所述双门控缓蚀颗粒占涂料总质量的2～15wt%，所述磁响应片层屏蔽浆料中的片状屏蔽填料占涂料总质量的5～30wt%，所述碱储备填料占涂料总质量的1～10wt%；

8、s6、将所述水性防腐涂料涂覆于预处理钢筋基体表面，在湿膜状态下施加平行于钢筋基体表面的非均匀磁场，使磁响应片层屏蔽浆料中的片状屏蔽填料沿涂膜平面定向排列并向涂层表层迁移富集，随后进行分段干燥与固化，在磁场定向及分段固化过程中，所述双门控缓蚀颗粒因其密度大于水性成膜基料而自然沉降，向钢筋界面区域迁移并形成界面锚固层富集区，从而形成梯度复合结构，所述梯度复合结构包括靠近钢筋基体设置的界面锚固层富集区以及靠近涂层外表面设置的定向屏蔽层富集区。

9、进一步的，所述水性环氧乳液与羟基丙烯酸乳液的质量比为（60～80）∶（20～40）；所述动态交联组分为含有可逆硼酸酯键、席夫碱键和/或二硫键的交联剂。

10、进一步的，所述动态交联组分占水性成膜基料总质量的3～10wt%，并在固化过程中形成动态交联网络。

11、进一步的，所述第一缓蚀组分为稀土盐、钼酸盐、钨酸盐中的至少一种，所述第二缓蚀组分为苯并三氮唑、咪唑啉衍生物、植酸盐中的至少一种。

12、进一步的，所述ph响应内层为由多酚类物质、壳聚糖衍生物、聚丙烯酸或其共聚物构成的包覆层，所述氯离子交换型外层为季铵化聚合物层、离子液体聚合物层或层状阳离子材料层，所述ph响应内层采用自组装法或层层自组装法形成，所述氯离子交换型外层采用表面接枝法或静电层层自组装法形成。

13、进一步的，所述层状载体为层状双氢氧化物、膨润土、蒙脱土、云母或海泡石中的一种或多种，所述第一缓蚀组分和第二缓蚀组分采用真空浸渍法负载于载体的层间结构内。

14、进一步的，所述第一缓蚀组分和第二缓蚀组分的总负载量为载体质量的5～60wt%。

15、进一步的，所述磁响应片层屏蔽浆料中的片状屏蔽填料为经磁性纳米粒子修饰的云母、片状硅酸盐、氧化石墨烯或氮化硼片层中的一种或多种，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁、磁铁矿或磁性纳米包覆粒子，所述片状屏蔽填料与磁性纳米粒子的质量比为（5～20）∶1。

16、进一步的，所述s6中，所述磁场的磁感应强度为0.05～0.8t，且磁场梯度方向指向涂层表面，施加时间为湿膜涂覆完成后5分钟内开始并持续10～30分钟；所述分段干燥与固化包括先在40～70℃下预干燥10～30分钟，再在80～130℃下固化20～60分钟。

17、进一步的，经涂层截面元素分布分析测得：

18、所述双门控缓蚀颗粒在界面锚固层富集区中的质量占比高于涂层平均质量占比20%以上；

19、所述磁响应片层屏蔽填料在定向屏蔽层富集区中的质量占比高于涂层平均质量占比20%以上。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、通过磁场定向与自然沉降的协同作用，在涂层固化过程中同步构建梯度复合结构，一方面，磁响应片层屏蔽填料在外加非均匀磁场作用下，沿平行于基体表面方向高度定向排列并向涂层表层迁移富集，形成致密屏蔽层，极大延长了水、氧气和氯离子的渗透路径，显著提升涂层的物理阻隔性能，另一方面，双门控缓蚀颗粒因其密度大于成膜基料，在磁场施加及预干燥阶段自然沉降，向钢筋界面迁移富集，形成具有高浓度缓蚀储备的界面锚固层，表层高效阻隔与界面主动防护的梯度协同，使涂层具备外阻内防的双重防护能力；

22、本发明设计的双门控缓蚀颗粒具有层级响应功能：外层为氯离子交换型聚合物，当腐蚀环境中的氯离子侵入涂层并与外层中的抗衡离子发生交换时，外层渗透性改变或局部解组装，触发第一缓蚀组分释放，从源头上抑制氯离子诱导的腐蚀引发，内层为ph响应型聚合物，当腐蚀反应发生导致局部ph下降时，内层发生溶胀或解离，释放第二缓蚀组分，在钢筋表面形成吸附膜，抑制腐蚀进一步发展，这种双门控设计使缓蚀剂的释放与腐蚀发生的实际进程匹配，实现了按需精准释放，避免了传统涂层的缓蚀剂无效流失和滞后响应问题，大幅延长了涂层的有效保护寿命；

23、水性成膜基料中引入含可逆硼酸酯键、席夫碱键或二硫键的动态交联组分，在固化过程中与环氧和羟基丙烯酸基体形成动态交联网络，当涂层受到机械损伤或腐蚀介质侵蚀产生微裂纹时，动态共价键可以在热或水刺激下发生可逆断裂与重组，驱动涂膜基体发生拓扑重排，使微裂纹愈合，恢复涂层的完整性和防护功能，有效延长涂层的服役寿命；

24、碱储备填料的加入使涂层具备持续的酸中和能力，可有效缓冲腐蚀反应产生的局部酸化，维持界面区域的弱碱性环境，减缓阴极剥离进程，保护涂层与基体的界面结合力，进一步增强涂层的长期附着力和防护持久性。