本發(fā)明涉及水性涂料，特別涉及一種氣霧型水性自修復(fù)涂料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，防腐涂層在保護(hù)各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施的持久正常運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮了極大的作用，提供了極高的經(jīng)濟(jì)效益，如各類(lèi)海工裝備、陸上能源儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備、光伏新能源支架設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電支架設(shè)備、電力傳輸設(shè)備、各類(lèi)冶煉工廠生產(chǎn)設(shè)備等。防腐涂層在使用時(shí)局部區(qū)域可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因造成開(kāi)裂破損，如果不進(jìn)行修復(fù)就會(huì)使設(shè)備基底直接暴露于各種腐蝕環(huán)境中，造成基材腐蝕，嚴(yán)重的話會(huì)影響設(shè)備的使用壽命和正常運(yùn)營(yíng)，但大量的二次維修又會(huì)造成人力和材料的浪費(fèi)。

2、智能修復(fù)防腐涂層可以在涂層遭受一定范圍內(nèi)的開(kāi)裂破壞后，在一定條件激發(fā)下釋放相關(guān)的防腐修復(fù)劑將其進(jìn)行填補(bǔ)修復(fù)，為防腐涂層發(fā)揮持久防護(hù)作用以及后續(xù)維修節(jié)約了成本。但目前市售的智能修復(fù)防腐涂層無(wú)法同時(shí)保障優(yōu)異的防腐和耐候保護(hù)性能、環(huán)保性能和施工便捷性以及常溫條件下激發(fā)自修復(fù)：

3、市售的智能修復(fù)防腐涂層普遍采用光照催化和高熱能催化激發(fā)涂層的自修復(fù)，但是由于環(huán)境的光照時(shí)間長(zhǎng)短具有不確定性以及加熱施工具有不簡(jiǎn)便性等限制條件，均限制了防腐涂層的有效自修復(fù)，因此，市場(chǎng)迫切需要一種在常溫狀態(tài)下就能自動(dòng)激發(fā)修復(fù)的防腐涂層；市售的智能修復(fù)涂層修復(fù)開(kāi)裂范圍都在100μm內(nèi)，超出100μm開(kāi)裂范圍就難以進(jìn)行充分填補(bǔ)修復(fù)，限制了產(chǎn)品的使用范圍，因此還需要一種能夠在常溫下自動(dòng)激發(fā)且具有高修復(fù)范圍的防腐涂層；市售的智能修復(fù)涂層對(duì)金屬基材的防腐保護(hù)效果較差，中性耐鹽霧時(shí)間一般不超過(guò)300小時(shí)，對(duì)金屬基材的防腐保護(hù)效果都不超過(guò)3年；市售的智能修復(fù)涂層的耐氣候老化性較差，保光保色性都不超過(guò)5年；市售的智能修復(fù)防腐漆都是桶裝的，施工時(shí)需要采用施工工具才能進(jìn)行，例如刷子、輥筒和噴漆，不是很方便；另外，防腐涂層開(kāi)裂破壞的區(qū)域有時(shí)是一些結(jié)構(gòu)特殊的管道內(nèi)壁、拐角和高層鋼結(jié)構(gòu)，采用普通的施工方法(例如刷涂)就較為困難，且施工效率低，還會(huì)有漏涂死角隱患、施工材料浪費(fèi)較大(例如空氣噴涂)等問(wèn)題，加上市售的防腐修復(fù)涂料還有很多都是溶劑型的，不僅會(huì)由于高含量的voc對(duì)自然環(huán)境造成破壞，在一些礦山隧道和儲(chǔ)罐較封閉的環(huán)境下施工，溶劑的揮發(fā)還會(huì)造成燃爆事故，對(duì)設(shè)備財(cái)產(chǎn)、人體生命健康和自然環(huán)境都會(huì)造成傷害。

4、因此亟需一種攜帶和施工方便的氣霧劑型水性智能自修復(fù)金屬防腐涂料來(lái)解決以上問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種氣霧型水性自修復(fù)涂料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供一種氣霧型水性涂料，按重量份計(jì)包括如下組分：去離子水10-30份，如10、15、20、25、30份；殺菌劑0.1-0.5份，如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5份；消泡劑0.1-0.5份，如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5份；分散劑1-2份，如1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0份；防沉劑1-3份，如1、1.5、2、2.5、3份；防閃銹劑0.5-1份，如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1份；改性磷酸鋅5-10份，如5、6、7、8、9、10份；三聚磷酸鋁5-15份，如5、8、10、12、15份；氧化鐵紅或鐵鈦粉5-10份，如5、6、7、8、9、10份；雙包覆改性石墨烯微膠囊10-35份，如10、15、20、25、30、35份；水性納米氟碳樹(shù)脂20-40份，如20、25、30、35、40份；成膜助劑1-5份，如1、2、3、4、5份；ph調(diào)節(jié)劑0.1-0.5份，如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5份；拋射劑1-5份，如1、2、3、4、5份。

3、進(jìn)一步地，所述雙包覆改性石墨烯微膠囊按重量份計(jì)，包括如下組分：去離子水30-70份，如30、40、50、60、70份；改性石墨烯粉5-20份，如5、10、15、20份；水性有機(jī)硅改性丙烯酸樹(shù)脂50-70份，如50、55、60、65、70份；2.0wt％甲基丙烯酸乙酯1-5份，如1、2、3、4、5份；尿素0.1-1份，如0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1份；氯化銨0.01-1份，如0.01、0.05、0.1、0.5、1份；間苯二酚0.01-1份，如0.01、0.05、0.1、0.5、1份；10wt％naoh溶液0.01-1份，如0.01、0.05、0.1、0.5、1份；仲辛醇1-5份，如1、2、3、4、5份；蓖麻油50-70份，如50、55、60、65、70份；30wt％甲醛溶液0.1-1份，如0.01、0.05、0.1、0.5、1份。

4、進(jìn)一步地，所述改性石墨烯粉按重量份計(jì)，包括如下組分：氧化石墨烯20-30份，如20、22、24、26、28、30份；檸檬酸5-10份，如5、6、7、8、9、10份；乙醇20-30份，如20、22、24、26、28、30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑10-20份，如10、12、14、16、18、20份；水合肼溶液30-50份，如30、35、40、45、50份。

5、進(jìn)一步地，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑選自單烷氧基類(lèi)鈦酸酯偶聯(lián)劑、螯合型鈦酸酯偶聯(lián)劑、配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。

6、進(jìn)一步地，所述雙包覆改性石墨烯微膠囊為15-25重量份，如15、18、20、22、25份。

7、進(jìn)一步地，所述改性石墨烯粉為10-15重量份，如10、11、12、13、14、15份。

8、進(jìn)一步地，所述改性石墨烯粉的制備方法如下：

9、按重量份稱(chēng)取氧化石墨烯、檸檬酸及乙醇進(jìn)行預(yù)混合，利用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行分散，得到分散均勻的氧化石墨烯分散液，向氧化石墨烯分散液內(nèi)分別加入鈦酸酯偶聯(lián)劑和水合肼溶液，在50-60℃水浴加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，使氧化石墨烯還原并同時(shí)嫁接上鈦酸酯偶聯(lián)劑極性分子；

10、將獲得的混合液進(jìn)行過(guò)濾處理，除掉雜質(zhì)后真空干燥，最后得到粉末狀改性石墨烯粉。

11、可選地，所述氧化石墨烯為含氧量為34-36％、粒徑為20-30μm的氧化石墨烯；

12、可選地，所述水合肼水溶液中水合肼含量為49-51％。

13、普通的氧化石墨烯之間的范德華力較大，在水中的分散穩(wěn)定性較差，容易團(tuán)聚，且與基材粘附力較差，不能充分發(fā)揮對(duì)基材的防腐保護(hù)功能。利用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)石墨烯表面進(jìn)行改性，能夠形成極性基團(tuán)，使改性后的石墨烯可以均勻穩(wěn)定地分散在水中，進(jìn)而制成懸浮穩(wěn)定的微膠囊液；利用石墨烯良好的疏水性能，阻隔環(huán)境中的水、氧氣、氯離子等的滲透，同時(shí)二維片層的結(jié)構(gòu)層層疊加形成迷宮阻隔屏障，阻礙腐蝕介質(zhì)的滲透路徑，阻斷原電池形成的通路，延緩了基底的腐蝕速率；利用石墨烯的力學(xué)性能，與成膜樹(shù)脂結(jié)合改善了涂層的彈性和抵御變形的能力，增加了涂層的耐磨性，延長(zhǎng)了涂層的使用壽命；

14、進(jìn)一步地，所述雙包覆改性石墨烯微膠囊的制備方法如下：

15、混合液：

16、按重量份稱(chēng)取10-30份去離子水、改性石墨烯粉依次投入容器中，充分?jǐn)嚢韬蠹尤胨杂袡C(jī)硅改性丙烯樹(shù)脂并混合均勻，形成分散均勻的混合液后過(guò)濾得到混合液；

17、乳化液：

18、按重量份稱(chēng)取20-40份去離子水和2.0wt％的甲基丙烯酸乙酯水溶液依次加入容器中，在300-400r/min轉(zhuǎn)速攪拌下依次加入尿素、氯化銨和間苯二酚并混合均勻，用10wt％的naoh溶液將混合物的ph值調(diào)整到8.5-9.0，然后滴加仲辛醇乳化，最后加入蓖麻油，恒溫加熱到40-50℃后攪拌乳化25-30分鐘，形成均勻的乳化液，冷卻降至室溫后得到乳化液；

19、將混合液和乳化液進(jìn)行混合，在800-1000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌15-20分鐘后加入30wt％的甲醛溶液，將混合物的溫度升高55-60℃并維持3.5-4個(gè)小時(shí)，形成均勻穩(wěn)定的微膠囊懸浮液，將懸浮液冷卻至室溫后用真空過(guò)濾技術(shù)過(guò)濾，得到雙包覆改性石墨烯微膠囊。

20、可選地，所述水性有機(jī)硅改性丙烯酸樹(shù)脂對(duì)的固含量為50.0-60.0％，ph值為8.0-10.0；

21、可選地，所述尿素的含氮量≥46.0％，純度≥98.5％。

22、當(dāng)涂層開(kāi)裂時(shí)，涂層中的雙包覆改性石墨烯微膠囊(有機(jī)硅改性的丙烯酸樹(shù)脂和蓖麻油包覆)也受力破裂，由于蓖麻油在常溫和低溫下都具有極好的流動(dòng)性和滲透性，能賦予微膠囊極好的蠕動(dòng)流動(dòng)性，且有機(jī)硅改性丙烯酸樹(shù)脂作為雙包覆結(jié)構(gòu)中的內(nèi)腔層，增加了雙包覆結(jié)構(gòu)微膠囊的壁厚和彈性，進(jìn)一步增進(jìn)了微膠囊的蠕動(dòng)流動(dòng)性，使微膠囊中的改性石墨烯能被更廣泛且均勻地分布在開(kāi)裂損傷區(qū)域，極大提升涂料的自修復(fù)范圍。

23、涂層開(kāi)裂修復(fù)后的涂層同樣具優(yōu)異的耐候、耐熱、耐化學(xué)腐蝕和耐低溫保護(hù)性能以及自清潔功能，利用聚丙烯酸酯的耐光、耐候老化性以及有機(jī)硅結(jié)構(gòu)中si-o強(qiáng)鍵能(444kj/m)和其它獨(dú)特結(jié)構(gòu)所賦予的優(yōu)異耐熱性、抗化學(xué)性、絕緣抗腐蝕性、耐低溫性、耐沖擊性、耐磨性和易清潔型，使開(kāi)裂后微膠囊自修復(fù)的涂層持久保護(hù)性能達(dá)20年以上。

24、石墨烯表面的極性官能團(tuán)和蓖麻油自帶的羥基極性基團(tuán)，這些基團(tuán)都能與鋼鐵基材表面生產(chǎn)氫鍵或化學(xué)鍵，增加了附著力，使之能與基材表面牢固結(jié)合，同時(shí)利用蓖麻油高介電常數(shù)，能夠賦予基材與電解液之間的絕緣性，進(jìn)一步延緩了鋼鐵基材的電化學(xué)腐蝕速率。

25、本發(fā)明還提供所述的水性涂料的制備方法，包括如下步驟：

26、按重量份稱(chēng)取去離子水、殺菌劑、消泡劑、分散劑、防沉劑、防閃銹劑依次加入容器中，在300-500r/min的低速攪拌下混合均勻，再依次加入改性磷酸鋅、三聚磷酸鋁以及氧化鐵紅或鐵鈦粉，在500-800r/min的中速攪拌下混合均勻，而后進(jìn)入臥式砂磨機(jī)研磨1個(gè)小時(shí)以上，使細(xì)度≤30μm；

27、將研磨好的顏料漿料加入到容器中，再緩慢加入按重量份稱(chēng)取的自制的雙包覆改性石墨烯微膠囊、水性納米氟碳樹(shù)脂和成膜助劑，在300-500r/min的低速攪拌下混合10-15min，確保攪拌混合均勻，最后加入ph調(diào)節(jié)劑使ph值調(diào)節(jié)到8.5-9.0，得到水性涂料料液；

28、將上述調(diào)好的水性涂料料液經(jīng)320-330目濾網(wǎng)過(guò)濾后根據(jù)氣霧罐裝量，涂料料液與拋射劑按比例灌裝至內(nèi)壁有防腐涂層的氣霧罐內(nèi)，裝上有防腐涂層的氣霧劑閥門(mén)，用氣霧劑專(zhuān)用封口機(jī)封口后，用氣霧劑專(zhuān)用充氣機(jī)按配方比例充入氮?dú)鈷伾鋭?，裝上霧化噴頭制成性能優(yōu)異的氣霧劑型水性智能自修復(fù)金屬防腐涂料。

29、所述殺菌劑包括但不限于陶氏化學(xué)kathon?lx150、朗盛bit20、霍夫曼d35、a325、a379中的一種或多種。

30、所述消泡劑包括但不限于迪高化學(xué)tego902、tego810、陶氏化學(xué)ndw、布萊克本cf246中的一種或多種。

31、可選地，所述分散劑為水性高分子丙烯酸嵌段分散劑，包括但不限于畢克化學(xué)byk190、迪高化學(xué)tego750、tego755、afcona-4550、afcona-4560中的任意一種。

32、可選地，所述防沉劑為氣相二氧化硅、水性膨潤(rùn)土或水性聚酰胺蠟類(lèi)防沉劑，包括但不限于卡博特m5，豐虹smp-k、帝斯巴隆aq600、aq630中的一種或多種。

33、所述防閃銹劑包括但不限于環(huán)保型的瑞寶rabo60、海明斯fa170、恩澤化工hy71中的任意一種。

34、可選地，所述改性磷酸鋅篩余物300-400目，吸油值為35-40，可選自高分子改性磷酸鋅或鋁離子改性磷酸鋅中的任意一種。

35、可選地，所述三聚磷酸鋁篩余物300-400目，吸油值為25-30。

36、可選地，所述鐵鈦粉篩余物500-600目，吸油值為15-25。

37、可選地，所述水性納米氟碳樹(shù)脂氟含量≥20％，固含量≥50％，水性納米氟碳樹(shù)脂中的c-f強(qiáng)鍵能(485kj/m)以及納米結(jié)構(gòu)材料的“納米效應(yīng)”，使得水性納米氟碳樹(shù)脂具有更優(yōu)異的耐光、熱、化學(xué)穩(wěn)定性，在涂料中使用能夠使涂層保光保色，提升涂層的耐候性能、耐酸雨、耐鹽霧腐蝕，耐低溫開(kāi)裂變形性能及疏水自清潔功能。

38、可選地，所述ph調(diào)節(jié)劑為高分子有機(jī)胺化合物類(lèi)型，包括但不限于陶氏amp95、巴斯夫bdeoa中的任意一種。

39、可選地，所述成膜助劑為醚醇類(lèi)高聚物的強(qiáng)溶劑，包括但不限于醇酯十二或texanol中的任意一種。

40、可選地，所述拋射劑為氮?dú)狻?/p>

41、本發(fā)明用水替代了大量有機(jī)溶劑，且拋射劑采用環(huán)保不易燃的氮?dú)?，在礦山隧道或儲(chǔ)罐等較封閉體系施工時(shí)，不會(huì)造成燃爆安全事故，對(duì)設(shè)備財(cái)產(chǎn)、人的生命健康和環(huán)境破壞起到了保護(hù)作用，且不易燃性使運(yùn)輸和貯存更安全；而采用氣霧劑型式包裝的防腐涂料在一些結(jié)構(gòu)特殊的管道內(nèi)壁、拐角和高層鋼結(jié)構(gòu)中能夠避免普通的施工方法(如刷涂)帶來(lái)的施工效率低、漏涂死角隱患以及施工材料浪費(fèi)較大(如空氣噴涂)等問(wèn)題。

42、本發(fā)明利用配方各組分的配合以及與防銹顏料的協(xié)同作用，共同提升涂層的綜合防腐性能。

43、本發(fā)明還提供所述的水性涂料作為金屬底材自修復(fù)涂料的應(yīng)用。

44、綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：

45、1)本發(fā)明提供的水性涂料在涂層發(fā)生100μm-300μm寬度范圍的開(kāi)裂損傷時(shí)能夠在常溫環(huán)境下自動(dòng)進(jìn)行填補(bǔ)修復(fù)。

46、2)本發(fā)明提供的水性涂料具有優(yōu)異的防腐保護(hù)功能。

47、3)本發(fā)明提供的水性涂料以及自修復(fù)后的涂層均具有優(yōu)異的耐候、耐熱、耐化學(xué)腐蝕和耐低溫保護(hù)性能以及自清潔功能。

48、4)本發(fā)明提供的水性涂料具有優(yōu)異的超低voc環(huán)保功能和不易燃性。

49、5)本發(fā)明痛的水性涂料以氣霧劑型式包裝，方便施工使用且能夠節(jié)省材料。