本發(fā)明涉及材料的腐蝕防護的
技術領域：
，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于金屬材料陰極防護的復合犧牲陽極。
背景技術：
：金屬暴露于自然環(huán)境中形成金屬氧化物而發(fā)生腐蝕現象是一個必然的過程，每年全球需要耗費巨資來修復或更換因腐蝕而導致使用性能喪失的各種金屬構件。各種包含鐵或鋼質構件的產品或設施，例如道路、橋梁、鐵路、建筑物等基礎設施；石油、天然氣等工業(yè)管道都需要進行腐蝕防護。研究表明：因腐蝕而導致的預防、維修和更換的支出或成本據估計能占到工業(yè)化國家GDP的3％到4％。金屬的腐蝕是因為其表面氧化而失去電子，為了防止金屬腐蝕通常可以通過陰極防護的方法來進行腐蝕防護。陰極保護是指在待防護的金屬表面提供陰極電流，使其陰極極化以達到減少甚至防止腐蝕的一種電化學保護技術。陰極防護通常包括外加電流陰極防護和犧牲陽極陰極防護兩種手段。外加電流陰極保護需要利用強制電源，當存在足夠大的電勢差時，可以使得金屬處于安全區(qū)，從而可以使得被防護的金屬的腐蝕被降低或被阻止，然而外加電流陰極需要采用強制電源，持續(xù)的電力消耗、以及高昂的監(jiān)控和維修需求使得其成本代價較高。而犧牲陽極陰極防護是將犧牲陽極材料與金屬進行電流，并通過犧牲陽極自我的溶解和消耗而提供自由電子而使得被保護的金屬得到保護。犧牲陽極材料經歷持續(xù)的腐蝕和消耗，通常需要進行比較頻繁的維護和更換。技術實現要素：為了解決現有技術中的上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復合犧牲陽極。為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下：一種復合犧牲陽極，其特征在于：所述復合犧牲陽極包括5.0～35.0wt％的活性金屬粒子、5.0～15.0wt％的n型氧化物、3.0～6.0wt％的雙金屬氫氧化物、0.5～3.0wt％的偶聯劑、1.0～3.0wt％的巰基化合物，和余量的丙烯酸樹脂。其中，所述活性金屬粒子是指比被保護的金屬腐蝕電位更負的金屬粒子，作為示例性地，當被保護的金屬為鐵時，所述活性金屬粒子是指鋅、鋁、鎂、錫、鋅合金、鋁合金、錫合金或鎂合金等的金屬粒子。當被保護的金屬為銅時，所述活性金屬粒子是指鋅、鋁、鎂、錫、鐵、鋅合金、鋁合金、錫合金、鎂合金或鐵合金等的金屬粒子。所述金屬粒子的平均粒徑為0.5～50μm，優(yōu)選為1.0～20.0μm，更優(yōu)選為2.0～10μm。所述金屬顆粒的形狀例如可以為球狀、棒狀或片狀等。其中，所述n型氧化物為二氧化鈦、氧化鋅或二氧化錫中的至少一種，優(yōu)選為二氧化鈦和/或氧化鋅。所述n型氧化物的平均粒徑可以為5nm～1.0μm，優(yōu)選為10nm～100nm。其中，所述雙金屬氫氧化物為層狀雙金屬氫氧化物(LDH)，其為二價金屬離子例如Mg2+、Zn2+或Ca2+等，和三價金屬離子例如Al3+、Fe3+或Cr3+等形成的氫氧化物結構，作為示例性地，所述雙金屬氫氧化物可以是鋅鋁水滑石、鎂鋁水滑石，優(yōu)選具有納米尺度的鋅鋁水滑石或鎂鋁水滑石等。其中，所述偶聯劑選自硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑，優(yōu)選為硅烷偶聯劑，所述硅烷偶聯劑例如可以選擇含有官能團的硅烷偶聯劑，例如可以采用利用氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等官能團化的硅烷偶聯劑，優(yōu)選為含有烷氧基的硅烷偶聯劑。其中，所述巰基化合物選自4，4’-二巰基二苯基甲烷、1，4-二巰基苯、1，3-二巰基苯、1，2-二巰基苯、4，4’-二巰基二苯基-2，2-丙烷、4，4’-二巰基二苯基亞砜，或4，4’-二巰基二苯基砜中的至少一種。其中，所述丙烯酸樹脂優(yōu)選對可見光的透明度大于70％，優(yōu)選大于80％，更優(yōu)選大于85％的丙烯酸樹脂。所述丙烯酸樹脂的例子例如可以選擇聚丙烯酸樹脂、聚丙烯酸甲酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚丙烯酸乙酯樹脂、聚丙烯酸丁酯樹脂、聚甲基丙烯酸丁酯樹脂、聚甲基丙烯酰胺樹脂或聚丙烯酰胺樹脂等。與現有技術相比，本發(fā)明所述的復合犧牲陽極具有以下有益效果：本發(fā)明的復合犧牲陽極在自然光照條件下能夠產生自由電子可強化對被保護金屬材料的陰極極化作用，相較于普通的犧牲陽極，能夠減少或延緩活性金屬粒子的消耗，有利于節(jié)約材料成本和維護成本。附圖說明圖1為復合犧牲陽極與被保護的普通碳鋼相結合的結構示意圖。具體實施方式以下將結合具體實施例對本發(fā)明所述的復合犧牲陽極做進一步的闡述，以幫助本領域的技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。本發(fā)明的復合犧牲陽極由5.0～35.0wt％的活性金屬粒子、5.0～15.0wt％的n型氧化物、3.0～6.0wt％的雙金屬氫氧化物、0.5～3.0wt％的偶聯劑、1.0～3.0wt％的巰基化合物，和余量的丙烯酸樹脂組成。所述活性金屬粒子是指比被保護的金屬腐蝕電位更負的金屬粒子，作為示例性地，當被保護的金屬為鐵時，所述活性金屬粒子是指鋅、鋁、鎂、錫、鋅合金、鋁合金、錫合金或鎂合金等的金屬粒子。當被保護的金屬為銅時，所述活性金屬粒子是指鋅、鋁、鎂、錫、鐵、鋅合金、鋁合金、錫合金、鎂合金或鐵合金等的金屬粒子。所述金屬粒子的平均粒徑為0.5～50μm，優(yōu)選為1.0～20.0μm，更優(yōu)選為2.0～10μm。所述金屬顆粒的形狀例如可以為球狀、棒狀或片狀等。所述n型氧化物為二氧化鈦、氧化鋅或二氧化錫中的至少一種，優(yōu)選為二氧化鈦和/或氧化鋅。所述n型氧化物的平均粒徑可以為5nm～1.0μm，優(yōu)選為10nm～100nm，作為示例性地，在本發(fā)明的實施例和對比例中采用平均粒徑為10nm的氧化鋅粉，當然采用二氧化鈦例如銳鈦礦型的二氧化鈦，或者二氧化錫等納米粒子也能獲得相同或類似的效果。所述雙金屬氫氧化物為層狀雙金屬氫氧化物(LDH)，其為二價金屬離子例如Mg2+、Zn2+或Ca2+等，和三價金屬離子例如Al3+、Fe3+或Cr3+等形成的氫氧化物結構。這種LDH水滑石結構可以采用常規(guī)的水熱合成方法合成得到，在本發(fā)明的實施例和比較例中采用納米鋅鋁水滑石，而采用鎂鋁水滑石等也能獲得相同或類似的顯著提升n型氧化物在本發(fā)明的陽極結構中將光轉化為自由電子的能力。所述偶聯劑選自硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑，優(yōu)選為硅烷偶聯劑，所述硅烷偶聯劑例如可以選擇含有官能團的硅烷偶聯劑，例如可以采用利用氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等官能團化的硅烷偶聯劑，優(yōu)選為含有烷氧基的硅烷偶聯劑，使用偶聯劑的目的在于將無機粒子或丙烯酸樹脂更好的結合在一起，減少無機粒子與丙烯酸樹脂的界面之間的界面能，作為示例性地，所述偶聯劑選擇KH550硅烷偶聯劑。在本發(fā)明中，所述巰基化合物選自4，4’-二巰基二苯基甲烷、1，4-二巰基苯、1，3-二巰基苯、1，2-二巰基苯、4，4’-二巰基二苯基-2，2-丙烷、4，4’-二巰基二苯基亞砜，或4，4’-二巰基二苯基砜中的至少一種。所述丙烯酸樹脂優(yōu)選對可見光的透明度大于70％，優(yōu)選大于80％，更優(yōu)選大于85％的丙烯酸樹脂。所述丙烯酸樹脂的例子例如可以選擇聚丙烯酸樹脂、聚丙烯酸甲酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚丙烯酸乙酯樹脂、聚丙烯酸丁酯樹脂、聚甲基丙烯酸丁酯樹脂、聚甲基丙烯酰胺樹脂或聚丙烯酰胺樹脂。在本發(fā)明中，所述復合犧牲陽極，通過將各種組分均勻混合到聚合物中然后通過常規(guī)的模壓、擠出或注射等成型工藝形成復合犧牲陽極。關于各組分的混合順序，例如可以是在丙烯酸樹脂中添加各種組分，另外也可以將幾種組分預先混合，然后再將它們與丙烯酸樹脂混合。作為優(yōu)選地，在本發(fā)明中，可以先將n型氧化物、雙金屬氫氧化物、巰基化合物和部分硅烷偶聯劑先預混合得到預混物，然后將預混物與活性金屬粒子、剩余的硅烷偶聯劑以及聚合物混合，之后進行成型工藝。關于本發(fā)明中的復合犧牲陽極的形狀其并不受限制。本發(fā)明的復合犧牲陽極應用在暴露于自然光的室內或室外環(huán)境，因而相比于埋地的犧牲陽極組件相比，日常管理和維護相對將對容易。另外，本發(fā)明的復合犧牲陽極在光照條件下，能夠通過光電效應提供自由電子，從而可以減少或延緩金屬活性粒子的消耗。本發(fā)明的復合犧牲陽極可以應用于各種鋼質構件或結構的陰極防護。以下將結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明。實施例1本實施例的復合犧牲陽極的組成為：5.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、15.0wt％的納米氧化鋅、6.0wt％的納米鋅鋁水滑石、1.5wt％的硅烷偶聯劑KH550、3.0wt％的4，4’-二巰基二苯基亞砜，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。實施例2本實施例的復合犧牲陽極的組成為：10.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、12.0wt％的納米氧化鋅、5.5wt％的納米鋅鋁水滑石、3.0wt％的硅烷偶聯劑KH550、2.5wt％的4，4’-二巰基二苯基砜，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。實施例3本實施例的復合犧牲陽極的組成為：15.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、10.0wt％的納米氧化鋅、5.0wt％的納米鋅鋁水滑石、2.0wt％的硅烷偶聯劑KH550、2.5wt％的4，4’-二巰基二苯基甲烷，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。實施例4本實施例的復合犧牲陽極的組成為：20.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、8.0wt％的納米氧化鋅、4.0wt％的納米鋅鋁水滑石、2.5wt％的硅烷偶聯劑KH550、2.0wt％的4，4’-二巰基二苯基亞砜，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。實施例5本實施例的復合犧牲陽極的組成為：25.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、5.0wt％的納米氧化鋅、3.0wt％的納米鋅鋁水滑石、3.0wt％的硅烷偶聯劑KH550、1.0wt％的巰基化合物，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。比較例1本比較例的復合犧牲陽極的組成為：15.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、10.0wt％的納米氧化鋅、2.0wt％的硅烷偶聯劑KH550、2.5wt％的4，4’-二巰基二苯基甲烷，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。比較例2本比較例的復合犧牲陽極的組成為：15.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、10.0wt％的納米氧化鋅、5.0wt％的納米鋅鋁水滑石、2.0wt％的硅烷偶聯劑KH550，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。比較例3本比較例的復合犧牲陽極的組成為：15.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、10.0wt％的納米氧化鋅、2.0wt％的硅烷偶聯劑KH550，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。比較例4本比較例的復合犧牲陽極的組成為：25.0wt％的鋅粉(平均粒徑為5μm)、10.0wt％的納米氧化鋅、2.0wt％的硅烷偶聯劑KH550，和余量的聚甲基丙烯酸甲酯，采用擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm，面積為500mm2(25mm×20mm)的片材。比較例5本比較例采用的是擠出成型工藝并加工成厚度為0.5mm、面積為500mm2(25mm×20mm)的聚甲基丙烯酸甲酯片材(未添加鋅粉、納米氧化鋅)。如圖1所示，選擇面積為500mm2(25mm×20mm)，厚度為10mm的45鋼鋼板作為被保護的金屬試樣，將實施例和比較例的復合犧牲陽極2利用導電膠3粘壓到45鋼鋼板1的其中一個主表面上，然后進行腐蝕加速試驗，利用濃度為5.0wt％的NaCl水溶液每天噴霧1個小時。每天利用照度為1000勒克斯的光線照射12小時(LED白光燈)，實驗持續(xù)進行180天。根據失重(去除腐蝕產物后)，然后計算腐蝕速率(μm/年)和相對于比較例5的緩蝕效率，結果如表1所示。表1腐蝕速率(μm/年)緩蝕效率(％)實施例13588實施例23189實施例32392實施例42591實施例52591比較例18371比較例213553比較例313254比較例410564比較例5289—對于本領域的普通技術人員而言，具體實施例只是對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3