本发明属于电力设备及材料的长效防腐涂料，具体涉及一种多功能纳米片层结构材料及其制备方法，还涉及一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料与应用。
背景技术：
1、金属腐蚀造成的损失大于自然灾害的总合。电力设备由于大部分处于户外或者地下，腐蚀问题突出。例如户外地面上的设备，包括各种变电设备，输电设备的铁塔、导线、金具，以及水电金属结构等，又如对于防雷至关重要的接地网，都存在严重的腐蚀问题，尤其接地网处于地下，在酸性土壤等恶劣环境中腐蚀问题十分突出，导致接地网服役寿命严重缩短。有机防腐涂料因具有屏蔽效应、化学防护效应、电化学防护等作用，是当下有效可行的解决腐蚀问题的手段。
2、水性涂料是满足绿色环保要求的未来涂料行业发展的重要方向。但是由于水性涂料的屏蔽性能较传统的溶剂型涂料差，因此在长效重防腐领域使用较少，有必要通过结构组元的调整设计，进一步提高水性涂层的屏蔽性能，从而提升涂层的长效防腐性能。纳米材料由于其较大的比表面积，具有良好的迷宫效应，其加入可以提高水性水性涂装涂层的屏蔽性能；过渡金属碳(氮)化物(mxene)是一种新型二维纳米材料，具有较好的电子传导性，自润滑等显著性能，为其作为缓蚀剂载体提供了良好的理论基础，但其剪切强度低，力学性能欠佳，和亲水性聚合物进行杂化后，得以和氧隔绝，稳定性增加；go不亲水，不亲有机溶剂及聚合物，易团聚，但是强度高。
3、如何将纳米材料有效分散到涂料中是一个难题，如果不能良好的分散，形成团聚，纳米材料的加入反倒会给涂层的屏蔽性能带来不利的影响；同时，有必要通过缓蚀功能的设计，提升涂层在损伤情况下的自修复能力，从而实现水性水性涂装涂层长效综合防腐性能的提升。
技术实现思路
1、针对现有技术中水性涂料中存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，该方法将通过mxene和go杂化，使得两种纳米材料互为分散助剂，通过插层杂化效应有效防止团聚，促进相互分散，同时采用季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液作为分散改性材料进一步促进mxene和go的剥离和分散，使得杂化分散后的mxene和go二元纳米材料具有较高的综合强度和较优的电子传输特性，有利于涂层缓蚀效应的发挥，以及涂层综合防腐性能的提升。
2、本发明的第二个目的是在于提供一种多功能纳米片层结构材料，该材料中mxene和go杂化插层，具备类似迷宫的片层结构，且mxene和go分散均匀。
3、本发明的第三个目的是在于提供一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料，该涂料具备迷宫效应、缓蚀效应和智能修复功能，可以极大的提升腐蚀性介质在涂层内部扩展的路径长度，从而有效阻碍腐蚀性介质在涂层内部的扩散，具备优良的腐蚀防护性能。
4、本发明的第四个目的是在于提供一种多功能含纳米片层结构材料的智能修复涂料的应用，将其作为修复剂涂覆在生锈金属的表面，一方面有效防止腐蚀性介质在涂层内部的扩散阻断锈蚀过程，另一方面也可以通过释放缓蚀剂对生锈金属进行修复。
5、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，该方法是将mxene和go混合均匀后加入季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液进行插层反应，得到有机改性的mxene和go杂化二元片层结构材料；所述有机改性的mxene和go杂化二元片层材料浸渍于缓蚀剂中进行负载，即得多功能纳米片层结构材料。
6、本发明的关键是在于通过mxene和go杂化，使得两种纳米材料互为分散助剂，通过插层效应有效防止团聚，促进相互分散，剥离效果较只使用一种纳米片层材料的剥离效果大为提升。且不同于传统分散采用硅烷偶联剂等修饰改性材料，本发明采用季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯作为分散改性材料，在改性的同时可借助乳液中携带的季铵盐阳离子官能团，有效与mxene材料结合，改性后mxene的化学稳定性增强，规避了其易氧化的缺点，并促进mxene的进一步片层剥离与分散，且由于mxene和go已经相互插层杂化，因此对go有同样的分散剥离效果，通过插层杂化有效解决了go不亲水，分散难度高的问题，分散效果明显优于传统硅烷偶联剂的表面改性效果。通过上述两种方式耦合，mxene和go杂化材料的片层剥离效果及在涂料中的分散效果更佳，有利于涂层防腐屏蔽性能的提升。此外，本发明还将小分子缓蚀剂负载到有机改性的mxene和go杂化二元片层结构材料中，使得到的多功能纳米片层材料在用于水性防护涂料时具备修复功能功能，由于mxene具有高导电的特性，因此在涂层损伤时，当金属基体发生氧化腐蚀形成阳离子时，负载在涂层内部二元纳米片层结构材料的小分子缓蚀剂能够释放出来，缓蚀剂能够有效修复涂层缺陷。
7、本发明中所用季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液是通过甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵混合后通过聚合反应得到，聚合反应的温度为70～90℃，其中甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在混合溶液中摩尔百分比为(0～30)mol％：(5～40)mol％：(10～30)mol％。
8、作为一种优选的方案，所述插层反应的条件为：温度为60～80℃，时间为1～3h。
9、作为一种优选的方案，所述负载的条件为：温度为70～80℃，时间为2～4h。
10、作为一种优选的方案，所述缓蚀剂包括羟基喹啉和/或十六烷胺。市面上常见小分子缓蚀剂也适用于本发明。
11、作为一种优选的方案，所述mxene、go、季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液和缓蚀剂的质量份比为(0.5～1)：(0.2～0.5)：(50～100)：0.5。
12、作为一种优选的方案，所述季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液的质量含量为4～10wt％。
13、本发明还提供了一种多功能纳米片层结构材料，由上述制备方法得到。本发明提供的多功能纳米片层结构材料中mxene和go杂化插层，具备类似迷宫的片层结构，不仅能在涂层中有良好的分散，还具有优异的剥离效果。
14、本发明还提供了一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料，按重量份计包括以下原料：树脂乳液150～220份，上述的多功能纳米片层结构材料1～2份，络合剂10～30份，渗透剂5～20份。其中，树脂乳液为水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液或酸改性的聚氨酯乳液。
15、本发明以树脂乳液为成膜物质，使得涂料具备在锈面锈转功能方面的功能，可以直接在生锈金属表面带锈涂装。同时以多功能纳米片层结构材料为填料，在具备转锈功能的同时，由于其内部含有纳米片层结构材料，具有良好的迷宫效应，而且由于该多功能纳米片层结构材料中负载有小分子缓蚀剂，当涂层出现损伤时，缓蚀剂能够释放出来修复涂层缺陷，因此同时具备智能修复功能。并通过涂料中络合剂、渗透剂和添加剂的合理选用和用量调整，使得该涂料具备带锈涂装、分散良好、内部致密、片层迷宫结构、智能自修复功能，综合防腐性能优异。
16、作为一种优选的方案，所述原料还包括消泡剂和润湿分散剂中的至少一种添加剂；所述消泡剂为水性有机硅消泡剂r910s；所述润湿分散剂为异丙醇或乙酰丙酮。
17、作为一种优选的方案，所述添加剂的重量份为0.5～3.5份。
18、作为一种优选的方案，所述络合剂为绿原酸和/或单宁酸；所述渗透剂为十二烷基磷酸酯和/或脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯。
19、作为一种优选的方案，所述酸改性聚丙烯酸树脂乳液为：在丙烯酸聚合物链上接枝修饰有磺酸基和/或羧酸基的聚合物的乳液。经过上述酸改性的聚聚丙烯酸树脂乳液在作为成膜物的同时，由于携带有酸基官能团，能直接作为络合剂参与锈转化反应，形成的锈转化涂层具备更高的内聚强度。
20、本发明最后还提供了一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料的应用，作为修复剂涂覆在生锈金属的表面，一方面有效防止腐蚀性介质在涂层内部的扩散阻断锈蚀过程，另一方面也可以通过释放缓蚀剂对生锈金属进行修复。
21、相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：
22、1)本发明经过季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯修饰改性的mxene和go二元杂化材料含有环氧基团可与酸改性的聚丙烯酸酯发生交联，增强界面结合力，有效解决了成膜物质与涂层中结构材料(防锈剂)分散效果不好，结合力不强的问题，涂层中片层结构材料的均匀分布、以及片层结构材料与成膜物质的良好结合，能够有效阻止腐蚀性介质在涂层内部的扩散，从而有效提升涂层的防腐性能。
23、2)本发明通过mxene和go杂化，使得两种纳米材料互为分散助剂，有效防止团聚，促进相互分散，同时采用季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯作为分散改性材料进一步促进mxene和go的剥离和分散，有效解决了mxene和go等纳米片层材料的剥离问题。
24、3)mxene和go二者杂化的纳米片层材料的片层之间负载缓蚀剂，小分子缓蚀剂尺寸可以容许其合成时原位组装到mxene和go二者杂化的纳米片层材料的片层间隙中，而当腐蚀性介质侵蚀到涂层内部时，由于mxene和go二者杂化的纳米片层材料具备较好的电子传输特性，有利于缓蚀剂从窗口孔逸出，从而实现了对缓蚀剂有效的装载与控制释放。使得锈转化涂层服役过程中出现划痕等破损情况时，片层间负载的缓蚀剂可释放出来，络合锈蚀产物，起到涂层智能自修复作用。
25、4)缓蚀剂与mxene和go共同分散，有利于缓蚀剂分子的均匀分布。且go片层内具有一定的电子传导特性，有利于缓蚀剂发挥缓蚀作用。
26、5)mxene和go二者杂化的纳米片层材料具备片层结构形成迷宫效应，延长了外界腐蚀介质渗透路径，提高漆膜腐蚀防护能力和寿命。
27、6)本发明涂层中mxene与亲水性聚合物进行表面改性，克服了mxene易氧化的特性，同时通过与go杂化获得了综合较优的力学性能及电传导特性，杂化后的二元纳米片层结构材料作为一种分散较好缓蚀剂的良好载体，具有优良的小分子缓蚀剂负载特性。
1.一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，其特征在于：将mxene和go混合均匀后加入季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液进行插层反应，得到有机改性的mxene和go杂化二元片层结构材料；所述有机改性的mxene和go杂化二元片层材料浸渍于缓蚀剂中进行负载，即得多功能纳米片层结构材料。
2.根据权利要求1所述的一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，其特征在于：所述插层反应的条件为：温度为60～80℃，时间为1～3h。
3.根据权利要求1所述的一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，其特征在于：所述负载的条件为：温度为70～80℃，时间为2～4h。
4.根据权利要求3所述的一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，其特征在于：所述缓蚀剂包括羟基喹啉和/或十六烷胺。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种多功能纳米片层结构材料的制备方法，其特征在于：所述mxene、go、季铵盐阳离子型水性聚丙烯酸酯乳液和缓蚀剂的质量份比为(0.5～1)：(0.2～0.5)：(50～100)：0.5。
6.一种多功能纳米片层结构材料，其特征在于：由权利要求1～5任一项所述的制备方法得到。
7.一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料，其特征在于：按重量份计包括以下原料：树脂乳液150～220份，权利要求6所述的多功能纳米片层结构材料1～2份，络合剂10～30份，渗透剂5～20份；
8.根据权利要求7所述的一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料，其特征在于：所述原料还包括消泡剂和润湿分散剂中的至少一种添加剂。
9.根据权利要求8所述的一种含多功能纳米片层结构材料的智能修复涂料，其特征在于：所述络合剂为绿原酸和/或单宁酸；
10.权利要求7～9任一项所述的一种多功能含纳米片层结构材料的智能修复涂料的应用，其特征在于：作为修复剂涂覆在生锈金属的表面。
