阅读说明：本技术 一种防腐耐磨水性填料及其制备方法和在涂料中的应用 (Anticorrosive wear-resistant water-based filler, preparation method thereof and application thereof in coating ) 是由 王池嘉 汪怀远 王子华 高晶 李珍 刘战剑 朱艳吉 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种防腐耐磨水性填料。该防腐耐磨水性填料的组分及配比按重量百分比如下：多孔固废物粉煤灰150-300份；片状功能填料10-110份；棒状功能填料15-110份；醋酸10-50份；化学偶联剂10-20份；胶黏剂1-5份。该防腐耐磨水性填料的制备方法：按比例将多孔固废物粉煤灰、片状功能填料、棒状功能填料、去离子水、乙醇溶剂、醋酸与化学偶联剂、胶黏剂搅拌均匀后,在50-300℃之间进行水热反应,经过滤洗涤干燥后、磨碎分级得到三维多孔功能性填料。本发明通过表面改性结合纳微多孔固废物粉煤灰预构建三维立体网状结构填料,添加到涂层中可提升填料在水性溶剂中的分散性,同时预交联避免了填料团聚现象,复合涂层的防腐耐磨性能得到大幅度提升。(The invention relates to an anticorrosive wear-resistant water-based filler. The anticorrosive wear-resistant water-based filler comprises the following components in percentage by weight: porous solid waste pulverized coal ash 150-300 parts; 10-110 parts of flaky functional filler; 15-110 parts of rod-shaped functional filler; 10-50 parts of acetic acid; 10-20 parts of a chemical coupling agent; 1-5 parts of an adhesive. The preparation method of the anticorrosive wear-resistant water-based filler comprises the following steps: uniformly stirring porous solid waste fly ash, flaky functional filler, rodlike functional filler, deionized water, ethanol solvent, acetic acid, chemical coupling agent and adhesive in proportion, performing hydrothermal reaction at 50-300 ℃, filtering, washing, drying, grinding and grading to obtain the three-dimensional porous functional filler. According to the invention, the surface modification is combined with the nano-micro porous solid waste fly ash to pre-construct the filler with the three-dimensional net structure, the dispersibility of the filler in an aqueous solvent can be improved when the filler is added into the coating, meanwhile, the pre-crosslinking avoids the agglomeration phenomenon of the filler, and the corrosion resistance and the wear resistance of the composite coating are greatly improved.)

一种防腐耐磨水性填料及其制备方法和在涂料中的应用

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种防腐耐磨水性填料及其制备方法和在涂料中的应用。

背景技术

金属腐蚀已成为世界范围内的重大问题，造成大量的经济损失和资源浪费。因此，保护金属不受腐蚀势在必行。近年来，研究人员提出了多种防止金属腐蚀的方法，例如金属基体的改进，腐蚀抑制剂的使用，阴极保护的应用和表面涂层技术。由于涂层可以在金属基材和腐蚀环境之间产生一层有效的物理屏障，表面涂层技术在金属腐蚀防护中得到了快速发展。其中有机涂层具有施工简单、应用广泛等优势，在表面涂层防护技术当中脱颖而出。随着环保观念深入人心，挥发性有机化合物（VOC）的含量受到严格控制，环保涂料受到了广泛关注。

水性环氧涂料和粉末涂料是目前引起人们关注的两种环保涂料，与粉末涂料相比，水性环氧涂料的加工条件更为灵活，其较低的施工温度更有利于进行工业化。粉末涂料的施工过程比较复杂，喷涂条件对温度有着一定的要求，较难实现大规模应用。对于水性环氧涂料的制备过程中，固化后常显示出明显的微孔缺陷，同时水性涂料对金属基板的附着力也比较差，更易于发生起泡现象。虽然水性涂料存在部分缺陷，但是随着人们的环保意识进一步提升，水性涂料的发展仍然是一个不可逆转的趋势。

为了解决水性涂料的缺陷问题，一种有效的方法是利用填料的性能来弥补水性环氧涂料的不足，填料可以提高涂层的致密性和涂层的可操作性等，本发明专利对水性涂料的防腐性能和耐磨性能进行高效提升。

选择一种具有多孔填料，其原为工业废弃物，具有稳定的物理化学性质和较高的比表面积。以该多孔固废物粉煤灰为填料，可对水性涂料的防腐性能和耐磨性能进行有效的优化。经过简单粉碎处理和表面接枝改性处理后其表面获得大量功能基团，可有效提升填料在涂层体系中分散性，另一方面，该功能基团为复合填料之间的结构优化提供了可能，有利于合成更加稳固的复合填料。

片层材料和棒状材料借助本身的微观结构常被作为填料广泛应用于涂层领域，可以借助片层材料和棒状材料的特殊结构在聚合物涂层内部塑造一种骨架结构。但是，特殊结构的材料在涂层中的分散问题至关重要。因此，可以对填料表面进行接枝改性处理，借助接枝上的特定官能团来进一步改善其在环氧树脂体系中的分散性，从而使复合涂层的性能更加稳定。

多孔固废物粉煤灰具有粒度均一性差、表面基团复杂以及成分不稳定等缺点，但具有优异的力学性能，添加到涂层中可赋予水性涂层一定的耐磨性能，本专利用化学接枝法在多孔固废物粉煤灰表面接枝上特定的官能团，有效地提升了多孔填料在涂层中的分散性，一定程度上提高了涂层的防腐性能;而对于具有优异片层结构和棒状结构的材料而言，难以提升涂层的刚性。若对多孔固废物粉煤灰、片层材料和棒状材料表面进行功能化改性处理后，对多维度多尺度填料进行三维结构预搭建处理，可以有效地提升水性环氧体系的界面作用和相容性，同时避免了填料易团聚的现象，综合利用纳米微米填料的多种优势，并利用官能团与树脂及固化剂发生反应，涂层固化后内部形成的具有有机、无机多尺度多维立体纳微结构，网状三维结构与树脂进一步交联，从而使复合填料的具有更加稳定的物理形态，结合其特异的表面结构，大幅度提升复合涂层的防腐耐磨性能。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有水性防腐涂料涂层分散性、耐腐蚀及耐磨性不足的问题，而提供一种防腐耐磨水性填料 。该防腐耐磨水性填料 ，通过表面改性结合纳微多孔固废物粉煤灰预构建三维立体网状结构填料，添加到涂层中可提升填料在水性溶剂中的分散性，同时预交联避免了填料团聚现象，复合涂层的防腐耐磨性能得到大幅度提升。本发明还提供了一种防腐耐磨水性填料制备方法及其在涂料中的应用。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种防腐耐磨水性填料，其组分及配比按重量份数如下：多孔固废物粉煤灰150-300份；片状功能填料10-110份；棒状功能填料15-110份；醋酸10-50份；化学偶联剂10-20份；胶黏剂1-5份。

所述胶黏剂为酚醛-丁腈胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、有机硅胶中的一种或几种；所述化学偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、三氯乙烯基硅烷、钛酸四丁酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三钛酸异丙酯中的一种或几种混合物。

所述片状填料为石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、六方氮化硼、蒙脱土中的一种或几种混合物；片状填料具有优异的片层结构，在聚合物内部充当主要的屏蔽性填料。

所述棒状填料为碳纳米管、碳纤维、玻璃纤维、棒状二氧化铈中的一种或几种混合物；棒状填料具有优异的棒状结构，在聚合物内部充当主要的骨架填充物质。

所述多孔固废物粉煤灰为过100目筛网的粉煤灰、过250目筛网的粉煤灰、过350目筛网的粉煤灰、过600目筛网的粉煤灰、过800目筛网的粉煤灰、过1000目粉煤灰中的一种或几种混合物。

本发明还提供了一种多种防腐耐磨水性功能填料的制备方法，按比例将多孔固废物粉煤灰、片状功能填料、棒状功能填料、去离子水、乙醇溶剂、醋酸与化学偶联剂、胶黏剂搅拌均匀后，在50-300℃之间进行水热反应，经过滤洗涤干燥后、磨碎分级得到三维多孔功能性填料。

本发明还提供了一种多种防腐耐磨水性功能填料的在涂料中的应用，包括以下步骤:

(1)将上述三维多孔功能性填料分散至去离子水中，得到填料分散液；

(2)按比例将环氧树脂、酚醛树脂和脂肪族二胺、聚酰胺分散至去离子水中，搅拌后将步骤(1)得到的填料分散液加入此混合溶液，再持续搅拌，超声分散后得到分散均匀的防腐耐磨涂层乳液。

本发明防腐耐磨水性填料及其制备的原理为：多孔废弃物粉煤灰填料、片状填料和棒状填料分别经不同的化学偶联剂、胶黏剂进行化学改性。使功能化多孔粉煤灰填料表面具有某种官能团，功能化棒状填料和功能化片状填料表面具有另一种官能团。其中多种官能团、胶黏剂之间可以相互反应，将三种填料充分超声分散混合后进行真空高温烘干处理，后经过轻微粉碎分级处理后得到三维立体结构填料。多种形貌填料表面基团各异，并且填料与树脂胶黏剂可相互发生复杂交联反应，构造三维网络状结构填料。

本发明选择成本低、耐磨性好的多孔粒子纳米材料为主要纳微填料，填补水性复合涂料合成过程中产生的微孔缺陷，提升涂层基本的耐磨性能。同时选择片层结构填料（例如石墨烯、蒙脱土、二硫化钼等）及具有一维棒状结构的填料（例如碳纳米管、碳纤维、玻璃纤维等）。通过表面改性结合纳微多孔固废物粉煤灰预构建三维立体网状结构填料，添加到涂层中可提升填料在水性溶剂中的分散性，同时预交联避免了填料团聚现象。复合涂层的防腐耐磨性能得到大幅度提升。

填料改性方式为采用多种化学偶联剂分别对上述填料进行有目的性的接枝改性，通过填料改性后表面官能团可相互发生交联反应并与环氧树脂及固化剂相互之间发生交联反应，提升三种填料在涂层树脂中的分散性及稳定性，形成了具有物理及化学稳定性的有机-无机三维网状结构。通过结合三种填料本身具备的特殊结构和特殊形貌，赋予了涂层高耐磨高防腐高韧性的优异性能，多种性能相互协同，得到了一种高效的防磨耐磨水性环氧复合涂料。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：

本发明用功能基团偶联剂改性法将涂层的多种填料分别接枝改性，在填料的内部或者表面接枝上一种特定的官能团，对某种多孔固废物粉煤灰而言，作为一种工业废弃物，表面官能团复杂，但具有低活性，并且由于其粒度不均匀导致其在溶剂中分散性极差。添加到涂层中会导致涂层的防腐耐磨效果十分不稳定，由偶联剂改性后，其表面接枝了大量的功能基团，不仅改善了多孔固废物粉煤灰在涂料体系中的分散性，而且由于此官能团的存在，为其填料间互相交联提供了可能。对部分片层材料和棒状材料而言，具有优异的表面结构，若将上述多孔固废物粉煤灰及片层、棒状材料相结合，多种填料功能间产生协同作用，将对涂层的防腐耐磨性能有着很大提升效果，但是其存在严重的团聚现象，故我们用功能基团烷偶联剂对其接枝改性，在该类优异结构材料表面上接枝了大量的功能基团，利用独特的预交联工艺使多维多尺度多形貌填料间发生预交联反应，搭建三维网络状结构填料，同时三维填料表面功能基团可相互交联并与环氧树脂及固化剂相互交联，最终结合成复杂的有机-无机网络结构，为长寿命水性防腐耐磨涂层的制备提供了可能。

本发明的创新点是对涂层填料表面进行可相互发生交联反应的功能基团的接枝改性处理，对多孔固废物粉煤灰进行目数筛分归一处理，不同目数的多孔固废物粉煤灰进行不同功能基团改性，同时不同结构的片状、棒状材料用不同功能基团改性，多种复杂填料之间可以相互发生交联反应形成稳定的三维立体复合填料，从而将涂层的防腐耐磨性能进行了大幅度提升。不仅如此，在涂层体系中，环氧体系和固化剂之间也存在着与三维填料之间一样的交联反应，因此填料和涂层体系之间也存在着对应的交联反应，从而制备防腐耐磨性能优异的复合涂层。

由于处理后的多孔固废物粉煤灰经过了多种目数区间的筛网筛分，并且又在不同目数粉煤灰表面接枝了大量的功能基团，使填料可以均匀的分散在涂层的各个部位，每一个填料粒子都是一个涂层中的防腐单元，并且在该防腐单元表面接枝上大量的功能基团基团，为后续制备三维复合填料提供了有利条件。

片层材料和棒状材料经过研磨后利用另一种对其进行接枝改性，其表面获得了大量的功能基团，改善了粒子其在涂层中的团聚现象，并由于其表面存在功能基团，后续可以和多孔固废物粉煤灰填料进行交联反应形成三维复合填料。交联后的复合填料不仅可以提供无机填料的传统作用，还能增加涂层的防腐耐磨性能。

若将未改性的填料混入涂层溶液中，其分散性能不好，会阻碍涂层的防腐耐磨性能，本发明的创新性在于，在多种填料表面接枝上了可以相互反应的一种或多种官能团，利用表面官能团及少量胶黏剂通过真空工艺预搭建三维网络状填料并且未反应官能团都是有助于填料更好的分散在涂层溶液当中，使其聚集现象尽可能的避免，均匀分布在涂层之中，在涂层的固化过程当中，三维填料还可以与涂层体系的环氧树脂和固化剂之间也可以发生交联反应，从而使涂层的防腐耐磨性能更加优秀。通常防腐性能能提升10倍，耐磨性能能提升三倍。

由于本发明提供的防腐耐磨涂层制备工艺简单，采用主体填料为工业废弃物，可以达到资源的重复利用。采用水性涂料体系，制备的涂层十分环保，尽可能的把资源利用率提升了起来，减少了环境污染的可能。

附图说明

附图1为实例二复合填料的扫描电镜图；

附图2为实例二为未添加填料的涂层摩擦后的效果图；

附图3为实例二添加功能填料涂层摩擦后效果图；

附图4为实例二未加填料的涂层的EIS图谱；

附图5为实例二添加功能填料的复合涂层的EIS图谱；

附图6为实例二复合填料交联反应图示。

具体实施方式

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下面给出实施例，以对本发明做进一步的详细说明，需要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，此领域工程技术人员根据上述发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

（1）金属表面预处理：

用240目和400目的砂纸对金属表面依次进行打磨处理后放入乙醇溶液进行超声清洗，或者用水压大于20MPa的高压水射流对金属基板进行处理，除去金属基材表面的灰尘、油脂等杂质，其中乙醇溶液的浓度为75%，取出自然晾干后备用。

（2）功能性复合填料的制备：

将150份多孔固废物粉煤灰和250份纯净水混合后形成悬浊液，将其在高速球磨机球磨3h，随后用250目筛网将多孔固废物粉煤灰进行筛分，最终得到较细的多孔固废物粉煤灰颗粒。随后将较细的多孔固废物粉煤灰粒子放入马弗炉在500℃下高温煅烧10h，烧结后的多孔固废物粉煤灰经100目筛网筛分后再经350目筛网筛分，得到两种煅烧后的不同粒径的多孔固废物粉煤灰。

将30份经100目筛网筛分的粉煤灰、70份经350目筛网筛分的粉煤灰分散在50份乙醇溶液中得到混合溶液，超声分散10min后，将5份醋酸加入30份纯净水中，配制醋酸溶液，将配制的醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将混合溶液的pH值调节为3左右，往上述溶液中滴加2份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和2份和三异硬脂酰基钛酸异丙酯，在磁力搅拌的作用下常温反应20h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化多孔粉煤灰填料。

将10份二硫化钼、10份石墨烯、20份蒙脱土或者30份棒状二氧化铈、10份碳纤维分别分散至100份乙醇溶液中，超声分散10min后得到混合溶液，将20份醋酸加入10分纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将溶液的pH值调节为3左右，往上述溶液中滴加2份γ-氨基丙基三乙氧硅烷和6份三氯乙烯基硅烷，在磁力搅拌的作用下常温反应10h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化层状填料或者功能化棒状材料。

将上述制备的20份功能化多孔固废物粉煤灰、9份功能化棒状材料和3份功能化片层材料及1份酚醛-丁腈胶分散到10份乙酸乙酯及10份乙醇混合溶液中，经过超声分散后加入进行预烘干，分散液呈现稳定粘稠状后放入真空干燥箱在60℃环境下干燥反应8h，得到预搭建三维网络状填料。利用研钵碾碎后过200目筛得到三维网络填料。

（3）功能性复合涂层的制备：

将上述32份三维网络状填料分散至100份去离子水中，超声分散30min得到填料分散液；将100份环氧树脂、200份酚醛树脂和200份脂肪族二胺、200份聚酰胺分散至50份去离子水中，磁力搅拌20min后将上述填料分散液加入此混合溶液，再持续搅拌180min，超声分散3min后得到分散均匀的防腐耐磨涂层乳液。随后将制备完成的涂层乳液通过气泵喷涂或高压喷涂的方法均匀喷涂在金属基材表面上。

（3）涂层固化过程：将喷涂好的金属基材放置在空气中，室温固化4h，随后在80℃情况下固化2h，最后在120℃情况下固化1h得到固化完成后的防腐耐磨涂层。

（4）性能测定

防腐性能：将制备的复合涂层置于含有3.5%NaCl溶液环境中，采用三电极体系，包括饱和甘汞电极，铂电极和裸露在3.5%NaCl溶液涂层区域分别用作参比电极，对电极和工作电极，对浸入时间不同的样品在100 kHz至0.01 Hz频率范围内进行20 mV正弦扰动的电化学阻抗谱分析。得到的电化学测量数据由Zview软件进行拟合分析，结果显示，添加了复合填料的涂层的波特模图的模值相比于未添加前提升了十倍，涂层的奈奎斯特图更接近理想半圆弧形状，涂层的防腐性能得到了明显提升。

耐磨性能：将制备的复合涂层固化完成后，在室温下静置1天，在Taber磨损测试仪上进行复合涂层的摩擦试验，砂轮转速为2500r/h，摩擦试验的持续时间为5min，正常载荷为3 N。采用涂层测厚仪测量涂层前后的厚度差来反应涂层的磨损量，并且通过扫描电镜观察涂层摩擦后微观表面的粗糙程度,涂层体系中添加了上述复合填料后，涂层磨损前后的损失量由0.3g降低到0.002g，直观来看涂层的磨损程度大幅度降低，在扫描电镜图中摩擦表面变得更加光洁，再没有较多沟壑产生，涂层的耐磨性能得到了大幅度提升。

实施例2：

（1）金属表面预处理：

用600目和800目的砂纸对金属表面依次进行打磨处理后放入乙醇溶液进行超声清洗，或者用水压大于20MPa的高压水射流对金属基板进行处理，除去金属基材表面的灰尘、油脂等杂质，其中乙醇溶液的浓度为80%，取出自然晾干后备用。

（2）功能性复合填料的制备：

将200份多孔固废物粉煤灰和400份纯净水混合后形成悬浊液，将其在高速球磨机球磨8h，随后用250目筛网和600目的筛网将多孔固废物粉煤灰进行筛分，最终得到较细的多孔固废物粉煤灰粒子。随后将较细的多孔固废物粉煤灰放入马弗炉在900℃下高温煅烧28h，烧结后的多孔固废物粉煤灰再经800目筛网筛分，得到煅烧后的多孔固废物粉煤灰。

将50份经250目筛网筛分的粉煤灰和50份经600目筛网筛分的粉煤灰分散在100份一定浓度的乙醇溶液中，超声分散35min后，将10份醋酸加入5分纯净水中，配制醋酸溶液溶液，将醋酸溶液滴加进上述多孔固废物粉煤灰混合溶液，将溶液的pH值调节为4左右，往上述溶液中滴加2份三钛酸异丙酯、2份钛酸四丁酯和2份γ-氨基丙基三乙氧硅烷，在磁力搅拌的作用下常温反应5h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化多孔粉煤灰填料。

将10份碳纳米管、10份玻璃纤维、20份碳纤维或者20份氧化石墨烯、20份六方氮化硼分别分散至200份乙醇溶液中，超声分散25min后，将10份醋酸加入5分纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液中，将溶液的pH值调节为4左右，往上述溶液中滴加6份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和2份钛酸四丁酯，在磁力搅拌的作用下常温反应28h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化棒状填料或者功能化片层填料。

将10份功能化多孔固废物粉煤灰、3份功能化棒状材料和6份功能化片层材料及3份聚氨酯橡胶分散到10份乙酸乙酯及10份乙醇混合溶液中，经过超声分散后加入进行预烘干，分散液呈现稳定粘稠状后放入真空干燥箱在70℃环境下干燥反应5h，得到预搭建三维网络状填料。利用研钵碾碎后过200目筛得到三维网络状填料。

（3）功能性复合涂层的制备：

将上述22份三维网络状填料分散至200份去离子水中，超声分散10min得到填料分散液；将150份聚氨酯树脂、150份酚醛树脂和200份脂肪族多胺、100份聚酰胺分散至50份去离子水中，磁力搅拌5min后将上述填料分散液加入此混合溶液，再持续搅拌40min，超声分散15min后得到分散均匀的防腐耐磨涂层乳液。对三维复合填料进行扫描电镜分析后，如图1所示，填料之间展示出相互交联的形貌特征，当粉煤灰粒子大小不同时，展示出不同的交联方式，在涂层内部形成了蜂窝状的三维结构和齿链状的三维结构。随后将制备完成的涂层乳液通过气泵喷涂或高压喷涂的方法均匀喷涂在金属基材表面上。

（3）涂层固化过程：将喷涂好的金属基材放置在空气中，室温固化10h，随后在80℃情况下固化6h，最后在120℃情况下固化24h得到固化完成后的防腐耐磨涂层。

（4）性能测定

防腐性能：将制备的复合涂层置于含有3.5%NaCl溶液环境中，采用三电极体系，包括饱和甘汞电极，铂电极和裸露在3.5%NaCl溶液涂层区域分别用作参比电极，对电极和工作电极，对浸入时间不同的样品在100 kHz至0.01 Hz频率范围内进行20 mV正弦扰动的电化学阻抗谱分析。得到的电化学测量数据由Zview软件进行拟合分析，结果显示，未加填料的聚合物涂层在浸泡三天后便进入浸泡中期（图4），而加入上述复合填料后，将该过程延长至20天，除此之外，聚合物材料的阻抗模量达到了10⁷左右（图5），上述现象说明上述复合填料为涂层的防腐性能做出了巨大贡献。

耐磨性能：将制备的复合涂层固化完成后，在室温下静置14天，在Taber磨损测试仪上进行复合涂层的摩擦试验，砂轮转速为3000r/h，摩擦试验的持续时间为50min，正常载荷为5 N。采用涂层测厚仪测量涂层前后的厚度差来反应涂层的磨损量，并且通过扫描电镜观察涂层摩擦后微观表面的粗糙程度，涂层测厚仪显示，加入填料后，摩擦的厚度差由原来的80um降低到25um左右，耐磨性能提升了三倍左右，其扫描电镜图显示，未添加填料的聚合物涂层，表现出严重的磨损痕迹，有明显的沟壑和坑洼不平现象（图2），添加了上述复合填料后，涂层微观表面变得十分光滑，仅有少量微观痕迹，结果表明涂层的耐磨性能的到了大幅度提升。在聚合物涂层中加入三维网状填料后，聚合物涂层的内部变为不透明并且其磨损效果提升的十分明显。聚合物涂层经Taber磨损测试仪摩擦试验后，测试前后质量差大幅度减小，涂层表面仅显示出轻微的磨损痕迹，在磨损轨迹的边缘没有明显的白色严重磨损区域，更没有产生磨损堆积物。在扫描电子显微镜的观察下，聚合物涂层的磨损区域并没有产生明显的沟槽和较大的磨损轨迹，表现出平滑的摩擦表面，仅存在轻微磨损痕迹，对特定区域放大后，可以更清晰的看到摩擦表面十分平整且没有黑色孔洞产生，这表明三维网状填料和聚合物体系之间有优异的相容性，三维网状填料可以增加聚合物材料的刚性和柔韧性，从而提升了复合物涂层的耐磨性能。

实施例3：

（1）金属表面预处理：

用600目和1000目的砂纸对金属表面依次进行打磨处理后放入乙醇溶液进行超声清洗，或者用水压大于20MPa的高压水射流对金属基板进行处理，除去金属基材表面的灰尘、油脂等杂质，其中乙醇溶液的浓度为95%，取出自然晾干后备用。

（2）功能性复合填料的制备：

将200份多孔固废物粉煤灰和100份纯净水混合后形成悬浊液，将其在高速球磨机球磨17h，随后用350目筛网和800目的筛网将不同粒度大小的多孔固废物粉煤灰进行筛分，最终得到较细的多孔固废物粉煤灰粒子。随后将较细的多孔固废物粉煤灰放入马弗炉在1300℃下高温煅烧48h，烧结后的多孔固废物粉煤灰再经1000目筛网筛分，得到煅烧后的多孔粒子填料。

将40份经350目筛网筛分的粉煤灰和10份经800目筛网筛分的粉煤灰分散在200份乙醇溶液中，超声分散80min后，将5份醋酸加入30份纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将溶液的pH值调节为2左右，往上述溶液中滴加2份三异硬脂酰基钛酸异丙酯和3份三钛酸异丙酯，在磁力搅拌的作用下常温反应11h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化多孔粉煤灰填料。

将10份石墨烯、10份氧化石墨烯、30份六方氮化硼或者25份棒状二氧化铈、25份玻璃纤维分别分散至100份乙醇溶液中，超声分散10min后，将5份醋酸加入30份纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将溶液的pH值调节为2左右，往上述溶液中滴加5份三氯乙烯基硅烷，在磁力搅拌的作用下常温反应6h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化片层材料或功能化棒状材料。

将10份功能化多孔粒子、5份功能化棒状填料和5份功能化片层材料及2份硅橡胶分散到10份乙酸乙酯及10份乙醇混合溶液中，经过超声分散后加入进行预烘干，分散液呈现稳定粘稠状后放入真空干燥箱在120℃环境下干燥反应2h，得到预搭建三维网络状填料。利用研钵碾碎后过200目筛得到三维网络状填料。

（3）功能性复合涂层的制备：

将上述22份三维网络状填料分散至50份去离子水中，超声分散20min得到填料分散液；将500份环氧树脂100份聚氨酯树脂和150份脂肪族多胺、50份芳香胺分散至50份去离子水中，磁力搅拌5min后将上述填料分散液加入此混合溶液，再持续搅拌3min，超声分散5min后得到分散均匀的防腐耐磨涂层乳液。随后将制备完成的涂层乳液通过气泵喷涂或高压喷涂的方法均匀喷涂在金属基材表面上。

（3）涂层固化过程：将喷涂好的金属基材放置在空气中，室温固化10h，得到固化完成后的防腐耐磨涂层。

（4）性能测定

防腐性能：将制备的复合涂层至于含有3.5%NaCl溶液环境中，采用三电极体系，包括饱和甘汞电极，铂电极和裸露在3.5%NaCl溶液涂层区域分别用作参比电极，对电极和工作电极，对浸入时间不同的样品在100 kHz至0.01 Hz频率范围内进行20 mV正弦扰动的电化学阻抗谱分析。得到的电化学测量数据由Zview软件进行拟合分析，结果显示，涂层浸泡时间由3天提升至40天，并且添加复合填料之后的涂层从始至终都有较高的阻值模量，奈奎斯特图在35天左右才显示出第二个时间常数，相比于单纯的聚合物涂层防腐性能提升了十倍左右。

耐磨性能：将制备的复合涂层固化完成后，在室温下静置3天，在Taber磨损测试仪上进行复合涂层的摩擦试验，砂轮转速为2000r/h，摩擦试验的持续时间为100min，正常载荷为2 N。采用涂层测厚仪测量涂层前后的厚度差来反应涂层的磨损量，并且通过扫描电镜观察涂层摩擦后微观表面的粗糙程度,结果表示，涂层加入上述复合填料后，直观看到涂层的磨损痕迹得到了控制，涂层厚度损失由60um降到了32un，扫描电镜图显示加入填料后的涂层磨损程度变得较小，涂层的耐磨性能得到了有效提升。

实施例4：

（1）金属表面预处理：

用1000目和2000目的砂纸对金属表面依次进行打磨处理后放入乙醇溶液进行超声清洗，或者用水压大于20MPa的高压水射流对金属基板进行处理，除去金属基材表面的灰尘、油脂等杂质，其中乙醇溶液的浓度为80%，取出自然晾干后备用。

（2）功能性复合填料的制备：

将300份多孔固废物粉煤灰和400份纯净水混合后形成悬浊液，将其在高速球磨机球磨14h，随后用600目筛网和1000目筛网将不同粒径的多孔固废物粉煤灰进行筛分，最终得到较细的多孔固废物粉煤灰粒子。随后将较细的多孔固废物粉煤灰放入马弗炉在1000℃下高温煅烧72h，烧结后的多孔固废物粉煤灰再经600目筛网筛分，得到煅烧后的多孔粉煤灰填料。

将80份经600目筛网筛分的粉煤灰和120份经1000目筛网筛分的粉煤灰分散在200份乙醇溶液中，超声分散20min后，将20份醋酸加入10分纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将溶液的pH值调节为4左右，往上述溶液中滴加5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在磁力搅拌的作用下常温反应3h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得到功能化多孔粉煤灰填料。

将30份二硫化钼、30份蒙脱土、30份六方氮化硼、10份石墨烯或者50份棒状二氧化铈、150份碳纳米管分别分散至200份乙醇溶液中，超声分散30min后，将20份醋酸加入10分纯净水中，配制醋酸溶液，将醋酸溶液滴加进上述混合溶液，将溶液的pH值调节为4左右，往上述溶液中滴加5份三异硬脂酰基钛酸异丙酯，在磁力搅拌的作用下常温反应20h，然后经过过滤、洗涤和干燥获得功能化片层填料或者功能化棒状材料。

将5份功能化多孔固废物粉煤灰、10份功能化棒状材料和10份功能化片层材料及5份有机硅胶分散到10份乙酸乙酯及10份乙醇混合溶液中，经过超声分散后加入进行预烘干，分散液呈现稳定粘稠状后放入真空干燥箱在60℃环境下干燥反应12h，得到预搭建三维网络状填料。利用研钵碾碎后过200目筛得到三维网络状填料。

（3）功能性复合涂层的制备：

将上述30份三维网络状填料分散至200份去离子水中，超声分散10min得到填料分散液；将150份环氧树脂和300份脂肪族多胺分散至200份去离子水中，磁力搅拌20min后将上述填料分散液加入此混合溶液，再持续搅拌5min，超声分散10min后得到分散均匀的防腐耐磨涂层乳液。随后将制备完成的涂层乳液通过气泵喷涂或高压喷涂的方法均匀喷涂在金属基材表面上。

（3）涂层固化过程：将喷涂好的金属基材放置在空气中，随后在70℃情况下固化24h得到固化完成后的防腐耐磨涂层。

（4）性能测定

防腐性能：将制备的复合涂层至于含有3.5%NaCl溶液环境中，采用三电极体系，包括饱和甘汞电极，铂电极和裸露在3.5%NaCl溶液涂层区域分别用作参比电极，对电极和工作电极，对浸入时间不同的样品在100 kHz至0.01 Hz频率范围内进行20 mV正弦扰动的电化学阻抗谱分析。结果显示，当添加复合填料之后，聚合物波特模图的阻抗模量由10⁶提升到10⁸左右，涂层经30天左右才会进入浸泡中期，得到的电化学测量数据由Zview软件进行拟合分析，加入填料后的涂层的拟合数据更加接近RQR拟合电路，上述结果表明，加入上述复合填料，涂层的防腐性能得到了广泛提升。

耐磨性能：将制备的复合涂层固化完成后，在室温下静置20天，在Taber磨损测试仪上进行复合涂层的摩擦试验，砂轮转速为1000r/h，摩擦试验的持续时间为30min，正常载荷为4 N。采用涂层测厚仪测量涂层前后的厚度差来反应涂层的磨损量，并且通过扫描电镜观察涂层摩擦后微观表面的粗糙程度,结果显示，未加填料的涂层磨损程度更加严重，有明显的的磨损产物堆积，而对于添加复合填料的涂层来说，磨损面更加光滑，前后磨损厚度差由70um降低到了40um。涂层耐磨性能良好。

上述实施例使用的各组分药品皆为市售。