本发明专利技术公开了一种水滑石二维材料基复合纳米填料及防腐涂料。其中具有增强涂层防腐蚀能力的水滑石/二维材料基复合纳米填料是通过在二维材料表面原位生长层状双氢氧化物(LDH，俗称水滑石)来制备的。其包括通过超声辅助剥离形成的单层或少层的二维材料基体；在剥离的二维材料基体表面原位生长的水滑石，得到水滑石/二维材料基复合纳米填料；该复合纳米填料加入到含有儿茶酚类化合物的缓冲液中进行改性，得到改性复合纳米填料。本发明专利技术将水滑石结构中的阴离子钝化金属的能力与二维材料对腐蚀性介质的阻隔能力结合，经过儿茶酚类化合物改性后，改善了复合纳米填料在水性涂料中的相容性问题，并显著提高了水性涂料防腐蚀、耐摩擦、阻隔性等性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及防腐蚀涂料，具体涉及一种能够增强涂层耐摩擦能力的水滑石/二维材料基复合纳米填料及其防腐涂料的制备方法，属于高分子合成、防腐蚀控制的交叉前沿领域。
技术介绍
1、金属材料在现代社会的各个领域中扮演着不可或缺的角色，尤其是在建筑、交通运输和工业生产中。然而，金属腐蚀问题一直是困扰各行各业的难题。金属腐蚀不仅缩短了设备和构件的使用寿命，还导致巨大的经济损失和潜在的安全隐患。因此，如何有效地防止金属腐蚀成为了一个重要的研究课题。
2、传统的防腐措施多种多样，其中在金属表面喷涂聚合物涂层是一种常用的防腐方法。聚合物涂层可以在金属表面形成一层保护膜，阻隔腐蚀介质，从而起到防腐作用。环氧树脂作为聚合物涂层的一种，由于其高交联密度、良好的屏蔽性能以及与金属基材的强附着力，得到了广泛应用。然而，传统溶剂型环氧树脂在喷涂和固化过程中会释放大量挥发性有机化合物(vocs)，对环境和人体健康造成威胁。
3、为了解决这一问题，水性环氧树脂(wep)应运而生。水性环氧树脂通过水作为分散介质，大大降低了vocs的排放。然而，水性环氧树脂在实际应用中仍存在一些不足之处，例如孔隙率高、防腐性能有待提高等问题。为了进一步提升水性环氧树脂的防腐蚀性能，将各种纳米材料引入到涂层中成为一种有效的方法，但目前公开的资料显示，单独引入任何一种纳米材料虽然都能够提升涂料莫一个特定性能，仍然无法实现综合性的防腐蚀性能，因此寻找一种可以进行综合性能提升的方案仍是业内研发人员一直在探索的方向。
技术实现思路</p>1、本专利技术目的在于提供一种二维材料基水滑石复合纳米填料及防腐涂料，水滑石作为一种具有层状结构的无机化合物，展现出优异的主动防腐能力。依赖于强大的阴离子交换能力，水滑石可以通过将腐蚀性阴离子置换至层间，减缓腐蚀反应中的阴极反应从而保护金属基材。二维材料如mxene、石墨烯等，因其独特的层状结构和优异的屏蔽性能，可以在涂层中形成物理屏障，有效阻挡腐蚀介质的渗透，从而起到被动防腐的作用。
2、将水滑石的主动防腐能力与二维材料的被动屏蔽效应结合，可以显著提升水性涂料的整体防腐蚀性能。这种复合涂层不仅能够通过物理屏蔽效应延缓腐蚀介质的渗透，还能够通过释放腐蚀抑制剂主动干扰腐蚀过程，从而提供双重保护。研究表明，这种结合方法在提高水性环氧树脂防腐性能方面表现出显著效果，具有广阔的应用前景。
3、为实现上述目的，本专利技术提供了一种二维材料基水滑石复合纳米填料，其特殊之处在于，包括一单层或少于10层的二维材料基体，以及在该二维材料表面原位生长阴离子插层的水滑石得到复合纳米填料，并通过儿茶酚类化合物对复合纳米填料进行原位改性。该二维材料基体优选少于5层。
4、优选地，所述二维材料基体为mxene、石墨烯及其衍生物、六方氮化硼、层状磷酸锆中的一种作为二维材料。
5、进一步地，所述二维材料基体的平均尺寸为5-30微米。
6、优选地，所述二维材料基体通过如下工艺处理：
7、将所述二维材料分散在含有剥离剂的溶液中，调节溶液ph值后，通过超声剥离；其中，所述剥离剂选自有机强碱、季胺盐、三羟甲基氨基甲烷中的一种或多种；所述的溶液溶剂为去离子水、乙醇、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述的溶液ph值为7.0～9.0；所述的超声处理条件包括：超声频率为20-70khz，超声时间为0.5h～3h。
8、优选地，所述阴离子插层的水滑石符合如下通式：
9、m2+1-xm3+x(oh)2]x+an-x/n·mh2o；
10、其中m2+为mg2+、co2+、ni2+、zn2+和cu2+等二价金属阳离子，m3+为al3+、cr3+、fe3+、ga3+等三价金属阳离子；an-为no3-、cl-、oh-、so42-、po43-、c6h4(coo)22-等阴离子；x为m3+/m2+的摩尔比，一般介于0.2～0.4之间；m表示整个水滑石结构中层与层之间的结晶水的个数。
11、优选地，所述儿茶酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、儿茶素、表儿茶素汇中的一种或几种。
12、本专利技术另一目的是提供一种水性环氧防腐涂料，其包括：水性环氧树脂、固化剂、上述所述的任一二维材料基水滑石复合纳米填料；以质量分数计，所述水性环氧树脂的含量为15wt％～30wt％，固化剂的含量为25wt％～35wt％，去离子水的含量为45wt％～55wt％，复合纳米填料的含量为0.2wt％～1.0wt％。
13、优选地，所述的水性环氧树脂牌号选自e-51、e-20、e-12和e-06中的一种或多种。
14、优选地，所述的固化剂选自联固化学banco901、联固化学banco916、cardolitenx-8101、上海汉中化工h208b、上海汉中化工h202b中的一种或几种。
15、优选地，这种二维材料基水滑石复合纳米填料通过如下方法制备而成：
16、步骤1.将二维材料分散在含有剥离剂的缓冲液中，通过超声辅助剥离得到单层或少层的二维材料悬浮液，具体包括：
17、按质量分数计，二维材料磷酸锆(α-zrp)与剥离剂三羟甲基氨基甲烷(tris)按照1：1的比例分散溶解在去离子水中，用1.0mol/l的稀盐酸调节ph至7.0～9.0；
18、将上述溶液进行超声辅助剥离，超声频率为20-70khz，超声时间为0.5h～3h；将所得到的剥离zrp(e-zrp)反复用去离子水反复离心洗涤至中性，取少量悬浮液冻干、测固含，计算得到悬浮液中e-zrp的固含量。
19、步骤2.按照一定比例称取m3+与m2+金属盐溶解在去离子水中，然后缓慢地滴加二水钼酸钠溶液，用氢氧化钠溶液调节ph；将混合溶液通过磁力搅拌、过滤洗涤等步骤，得到防腐水滑石，具体包括：
20、按照一定摩尔比称取zncl2和alcl3·6h2o溶于去离子水中，然后缓慢地滴加二水钼酸钠溶液；
21、用1.0mol/l的氢氧化钠溶液将混合溶液的ph调节至8.0～10.0；
22、上述溶液在恒定温度下陈化12～24h，陈化结束后将混合溶液过滤，滤饼用去离子水反复洗涤至中性，得到防腐水滑石。
23、步骤3.在e-zrp表面原位生长zn-al水滑石，得到复合纳米填料，具体包括：
24、将一定摩尔浓度的zncl2和alcl3·6h2o溶于去离子水中形成盐溶液，并将其缓慢滴加到e-zrp悬浮液中；
25、用1.0mol/l的氢氧化钠溶液将混合溶液的ph调节至8.0～10.0；
26、将上述溶液在油浴中磁力搅拌12～24h，反应结束后用去离子水反复洗涤过滤至中性，得到zn-al水滑石/e-zrp复合纳米填料(记为lz)。
27、步骤4.对lz进行表面改性，得到改性复合纳米填料，具体包括：
28、取一定量的tris溶解在去离子水中，用1.0mol/l的稀盐酸将溶液ph调节本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，包括一单层或少于10层的二维材料基体，以及在该二维材料表面原位生长阴离子插层的水滑石得到复合纳米填料，并通过儿茶酚类化合物对复合纳米填料进行原位改性。
2.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述二维材料基体通过如下工艺处理：
4.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述阴离子插层的水滑石符合如下通式：
5.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述儿茶酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、儿茶素、表儿茶素汇中的一种或几种。
6.一种水性环氧防腐涂料，其包括：水性环氧树脂、固化剂、权利要求1～6任一所述的二维材料基水滑石复合纳米填料；以质量分数计，所述水性环氧树脂的含量为15wt％～30wt％，固化剂的含量为25wt％～35wt％，去离子水的含量为45wt％～55wt％，复合纳米填料的含量为0.2wt％～1.0wt％。
7.根据权利要求6所述的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述的水性环氧树脂牌号选自E-51、E-20、E-12和E-06中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述的固化剂选自联固化学Banco901、联固化学Banco916、Cardolite NX-8101、上海汉中化工H208B、上海汉中化工H202B中的一种或几种。
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【技术特征摘要】
1.一种二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，包括一单层或少于10层的二维材料基体，以及在该二维材料表面原位生长阴离子插层的水滑石得到复合纳米填料，并通过儿茶酚类化合物对复合纳米填料进行原位改性。
2.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述二维材料基体通过如下工艺处理：
4.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述阴离子插层的水滑石符合如下通式：
5.根据权利要求1所述的二维材料基水滑石复合纳米填料，其特征在于，所述儿茶酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、儿茶素、表儿茶素汇中的一种或几种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵文林，何洁冰，赵文声，刘源，成晓玲，魏星，
申请(专利权)人：呈和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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