CN101984008A

CN101984008A - 一种有机纳米防腐涂料及其制备方法

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Publication number: CN101984008A
Application number: CN 201010523866
Authority: CN
Inventors: 王娜; 于森; 方庆红; 张秀斌; 王重; 杨凤; 韩文池
Original assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Current assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-03-09

Abstract

一种有机纳米防腐涂料及其制备方法，涉及有机纳米防腐涂料及其制备方法，有机纳米防腐涂料添加一种具有特殊结构的纳米级介孔二氧化硅颗粒(其具有双重纳米结构，即纳米级颗粒尺寸和纳米级的介孔结构)的防腐涂料及其制备方法。其制备是按重量百分比计，成份为2.5~10%纳米介孔二氧化硅颗粒，0.5~5%分散剂，0~10%邻苯二甲酸二丁酯，5~25%溶剂，成膜物为余量，在常温、常压下研磨分散，制成涂料母液。本发明添加量小、生产成本低、可克服现有纳米填料分散困难和纳米粒子与有机基体间相容性差的不足。

Description

一种有机纳米防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及有机纳米防腐涂料及其制备方法，特别是涉及一种纳米级介孔二氧化硅颗粒的防腐涂料及其制备方法。

背景技术

金属腐蚀每年给国民经济带来了巨大的损失。利用纳米粒子作为涂料添加物已成为防腐涂料研究的热点。如何将纳米粒子稳定均匀分散到基料中，是纳米粒子在涂料中应用的技术关键。如在丙烯酸涂料中添加纳米TiO₂或纳米ZnO浓缩浆，则既使涂层机械性能改善的同时，又可屏蔽99%紫外线。利用高温、高压研磨制成Ti纳米聚合物，作为填料加入树脂中制成防腐防垢涂料，在胜利油田等单位已经得到应用，有效保护了生产设备。利用纳米粒子对雷达电磁波或红外波吸收较强的特性，使被涂覆的飞机、导弹等军事设施逃避雷达等的侦察和跟踪，可作为隐形涂料等。如在航空涂层中应用纳米材料，可以代替传统的铬盐提高涂层的稳定性能，耐化学或电化学破坏性能。

虽然目前纳米涂料已得到了广泛的发展，但目前仍普遍存在以下一些问题：

(1) 由于纳米材料非常细小，它的比表面积大，表面自由能高，分子间引力和静电引力也相当高，因此纳米粒子极易团聚，即使利用砂磨、高速搅拌等方法使纳米粒子分散在涂料中，也会发生团聚现象，失去纳米材料应有的作用，如何将其分散到基料之中，是纳米材料在涂料中应用的关键技术。

(2)存在界面问题，如何使无机相与有机相间的有效结合还需进一步探索。

发明内容

本发明目的在于提供一种有机纳米防腐涂料及其制备方法，涂料添加量小、能有效改善纳米粒子在涂料中的分散性以及提高无机纳米粒子与有机基体间相容性，其制备过程是在常温、常压下进行，不需添加新的设备，工艺简单，生产成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有机纳米防腐涂料，按重量百分比计，其成份为：2.5~10%纳米介孔二氧化硅颗粒，0.5~5%分散剂，0~10%邻苯二甲酸二丁酯，5~25%溶剂，成膜物为余量。

所述一种有机纳米防腐涂料，所述成膜物是双酚A型或双酚F型环氧树脂系列；或是酚醛树脂系列。

所述一种有机纳米防腐涂料，所述双酚A型环氧树脂采用E-44、或E-54、或E-42、或E-20或E-12；所述双酚F型环氧树脂采用6458、或6445、或6420或6412；所述酚醛树脂系列采用F-51、或F-44、或F-46、或F-48或F-54。

所述一种有机纳米防腐涂料，所述纳米介孔二氧化硅颗粒粒径分布在60~100nm范围内，孔道为规则有孔道结构，孔径为2~10nm。

所述一种有机纳米防腐涂料，所述溶剂为丙酮、或乙醇、或苯或二甲苯。

一种有机纳米防腐涂料的制备方法，该方法包括如下过程：按重量百分比计，称取0.05~5%的纳米介孔二氧化硅颗粒，加入0.5~5%分散剂混合均匀，加入到包括5~25%溶剂、成膜物为余量的混合物中，然后在常温、常压下研磨分散30~90min，制成涂料母液，制成的母液与普通涂料使用方法相同，母液与固化剂混合，涂刷，制成涂层。

本发明的优点与效果是：

1.本发明提供一种添加量小于10%的纳米介孔二氧化硅防腐涂料的制备方法，其制备过程是在常温、常压下进行，不需添加新的设备，工艺简单，生产成本低。

2.纳米介孔二氧化硅粉的添加量低，工业应用成本低。

3.纳米级的介孔二氧化硅颗粒在基体树脂中分散性好，在5%添加量时，仍保持单分散状态，未见有颗粒聚集的现象。

附图说明

图1为纳米网络结构的模型示意图；

图2 (a)、图2 (b)为纳米介孔二氧化硅颗粒的透射电镜照片；

图3 为本发明的一个实施例5%的纳米介孔二氧化硅颗粒在环氧涂层中的分散性透射电镜照片；

图4 为本发明的一个实施例10%的纳米介孔二氧化硅颗粒在环氧涂层中的分散性透射电镜照片；

图5 为本发明的一个实施例5%的nano-SiO₂颗粒在环氧涂层中的分散性透射电镜照片；

注：本发明的附图为状态分析示意图或照片，图中文字或影像不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

本发明采用单分散的纳米级介孔分子筛粉体代替传统的实心纳米粒子作为无机填料，其具有双重纳米结构，即纳米级颗粒尺寸和纳米级的介孔结构，在一定的实验条件下，有机高分子链可进入到介孔孔道中，延伸到孔口处的有机高分子链可与聚合物基体产生较强的界面相互作用，增加二者的相容性和防止纳米粒子在树脂基体中的团聚，利用介孔的孔道结构与基料形成纳米网络结构（如图1）。同时，纳米结构的孔尺寸，颗粒形状，颗粒尺寸，介孔二氧化硅的孔壁结构都可以通过改变合成条件来控制。

实施例1

纳米介孔二氧化硅颗粒的合成采用溶胶-凝胶法，具体实施方法图2(a),(b)透射电镜照片显示为单分散的均匀球形颗粒，谱图显示为有序的六方介孔结构，粒径为60～80nm, 孔径为3～4 nm，比表面积为732m²/g左右，孔体积为0.86cm³/g（由N₂吸附-脱附测试给出）。

实施例2

涂料配方：

纳米介孔二氧化硅颗粒：5% (粒径在60~80nm)；

分散剂： 0.5% ；

邻苯二甲酸二丁酯： 5%；

二甲苯： 20%；

环氧树脂（采用E-44）：余量。

其分散剂成份（重量百分比）：

油酸钠 10%；

Disperbyk-160 80%；

甲苯 10%；

其分散剂制备是首先将油酸钠与甲苯在25℃、1atm下混合，使油酸钠充分溶解在甲苯中，然后将Disperbyk-160组分缓慢加入，混合均匀。

涂层制备方法：

称取5%的纳米介孔二氧化硅粉末，与分散剂混合均匀后，加入到与其他助剂混合好的环氧树脂中，然后在常温、常压下研磨分散30min，制成涂料母液，取一滴涂料母液放在铜网载膜上，待溶剂挥发后，用透射电子显微镜（TEM）观察纳米无机填料在环氧树脂中的分散形态。

准确称取母液后，按10：6的比例加入聚酰胺固化剂，熟化1h后，涂片，固化即可。

由图3看出添加了5%的纳米介孔二氧化硅颗粒在环氧树脂基体中呈单分散状态。

实施例3（按重量百分比计）

与实施例2不同之处在于涂料配方：

纳米介孔二氧化硅颗粒：10% (粒径在60~80nm)；

分散剂： 1% ；

邻苯二甲酸二丁酯： 5%；

丙酮： 20%；

环氧树脂（E-42）：余量。

其中分散剂成份（按重量百分比计）：

十二烷基苯磺酸钾 50%；

Disperbyk-161 45%；

苯 5%；

由图4看出添加了10%纳米介孔二氧化硅颗粒在环氧树脂中分散开始出现不均匀状态，在某些位置出现了聚集，但没有团聚体出现。

实施例4

与实施例1不同之处在于涂料配方：

纳米实心二氧化硅颗粒： 5% (粒径在60~80nm )；

分散剂： 2% ；

邻苯二甲酸二丁酯： 5%；

乙醇： 25%；

环氧树脂（采用6420）：余量。

其中分散剂成份（按重量百分比计）：

磷酸三丁酯 35%；

Disperbyk-166 57%；

二甲苯 8%；

由图5看出填加含量在5% nano-SiO₂，在环氧树脂中出现严重的团聚现象。说明这种实心结构的nano-SiO₂粉体在环氧树脂中的分散性不如这种新型双重纳米结构的纳米粉体好。

本发明所述双酚A型环氧树脂还可采用E-54或E-20；所述双酚F型环氧树脂还可采用6445或6412；所述酚醛树脂系列还可采用F-44、F-46或F-48。

Claims

1.一种有机纳米防腐涂料，其特征在于：按重量百分比计，其成份为：2.5~10%纳米介孔二氧化硅颗粒，0.5~5%分散剂，0~10%邻苯二甲酸二丁酯，5~25%溶剂，成膜物为余量。

2.根据权利要求1所述一种有机纳米防腐涂料，其特征在于：所述成膜物是双酚A型或双酚F型环氧树脂系列；或是酚醛树脂系列。

3.根据权利要求2所述一种有机纳米防腐涂料，其特征在于：所述双酚A型环氧树脂采用E-44、或E-54、或E-42、或E-20或E-12；所述双酚F型环氧树脂采用6458、或6445、或6420或6412；所述酚醛树脂系列采用F-51、或F-44、或F-46、或F-48或F-54。

4.根据权利要求1所述一种有机纳米防腐涂料，其特征在于：所述纳米介孔二氧化硅颗粒粒径分布在60~100nm范围内，孔道为规则有孔道结构，孔径为2~10nm。

5.根据权利要求1所述一种有机纳米防腐涂料，其特征在于：所述溶剂为丙酮、或乙醇、或苯或二甲苯。

6.一种有机纳米防腐涂料的制备方法，其特征在于该方法包括如下过程：按重量百分比计，称取0.05~5%的纳米介孔二氧化硅颗粒，加入0.5~5%分散剂混合均匀，加入到包括5~25%溶剂、成膜物为余量的混合物中，然后在常温、常压下研磨分散30~90min，制成涂料母液，制成的母液与普通涂料使用方法相同，母液与固化剂混合，涂刷，制成涂层。