CN104387960A - 一种高性能纳米复合结构涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能纳米复合结构涂料及其制备方法，所述涂料包括如下组分：聚硅氧烷树脂、聚氨酯、蒙脱土、表面改性纳米材料、二月桂酸二丁烯、季戊四醇、有机溶剂、微晶蜡、乙烯基三胺、分散剂；制备方法为：（1）制备表面改性纳米材料；（2）制备预改性纳米复合结构涂料；（3）制备高性能纳米复合结构涂料。本发明通过对纳米二氧化钛和纳米二氧化硅的表面进行硅烷包覆改性，提高了纳米材料与涂料的相容性，所制备的纳米复合结构涂料具有优异的防腐性能、抗老化性能和紫外线吸收性能，其综合性能优异，耐久性好，使用寿命长，有效保障了钢结构石油平台的质量，大大节约人力和物力资源。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别是涉及一种高性能纳米复合结构涂料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着海洋中石油与天然气的不断开发和勘探，离岸石油平台成为保障海洋石油开发的重要装置，这种离岸石油平台大都是由大型钢结构构建而成，由于其长期处于海洋环境中，非常容易受到恶劣海洋环境的严重腐蚀，导致其损毁。目前，业界开发了一种具有纳米材料的防腐涂料，该涂料可以在一定程度上提高防腐性能，但由于其制备方法不合理，导致纳米材料与涂料中其他组分的相容性能较差，使得防腐涂料的在使用过程中容易出现龟裂、磨损及易老化现象，需要经常对损毁的涂料表面进行修复处理或重新涂覆，浪费了大量的人力和物力资源。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高性能纳米复合结构涂料及其制备方法，能够有效改善现有防腐涂料涂料存在的上述问题，提高涂料的综合性能和使用寿命，节约人力和物力资源。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高性能纳米复合结构涂料，包括如下重量份组分：聚硅氧烷树脂30～40份、聚氨酯20～30份、蒙脱土15～25份、表面改性纳米材料5～15份、二月桂酸二丁烯1～3份、季戊四醇 3～4份、有机溶剂20～30份、微晶蜡2～3份、乙烯基三胺5～10份、分散剂3～5份。
在本发明一个较佳实施例中，所述表面改性纳米材料为包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅。
在本发明一个较佳实施例中，所述包覆改性剂为硅烷偶联剂。
在本发明一个较佳实施例中，所述包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅的质量比例为1～3:1。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高性能纳米复合结构涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备包覆改性纳米二氧化钛：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为4～6:1～2:1的乙醇溶液、硅烷偶联剂和纳米二氧化钛颗粒，固定转速搅拌1～2h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理1～2h，真空抽滤、洗涤后，在100℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化钛；
（2）制备包覆改性纳米二氧化硅：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为3～5:1:1的乙二醇溶液、硅烷偶联剂和纳米二氧化硅颗粒，固定转速搅拌1～1.5h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理2～3h，真空抽滤、洗涤后，在80℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化硅；
（3）制备预改性纳米复合结构涂料：向加热搅拌釜中加入配方量的聚硅氧烷树脂、聚氨酯，搅拌混合并升温至50～80℃，然后恒温恒搅拌速度下，加入配方量的蒙脱土、季戊四醇、有机溶剂和微晶蜡，搅拌混合至均匀，最后加入二月桂酸二丁烯和乙烯基三胺，搅拌下反应1～2h，得到预改性纳米复合结构涂料；
（4）制备高性能纳米复合结构涂料：向步骤（3）中得到的预改性纳米复合结构涂料中加入配方量分散剂及步骤（1）和步骤（2）中制备的包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅，然后将其先后置入6000r/min转速下分散剂和超声场中依次进行高速机械搅拌混合和超声混合，得到均匀的混合液，最后将上述混合液置入真空度为0.01～0.03MPa的抽真空消泡罐中消泡处理45～60min，得到所述高性能纳米复合结构涂料。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中的乙醇溶液的浓度为85～90%，所述硅烷偶联剂为KH-550。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中的乙二醇溶液的浓度为75～80%，所述硅烷偶联剂为A51。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述高速机械搅拌混合的时间为30～60min，所述超声混合的时间为15～20min。
本发明的有益效果是：本发明一种高性能纳米复合结构涂料及其制备方法，通过对纳米二氧化钛和纳米二氧化硅的表面进行硅烷包覆改性，提高了纳米材料与涂料的相容性，从而提高纳米复合涂料的质量稳定性，所制备的纳米复合结构涂料具有优异的防腐性能、抗老化性能和紫外线吸收性能，其综合性能优异，耐久性好，使用寿命长，有效保障了钢结构石油平台的质量，大大节约人力和物力资源。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
实施例1
一种高性能纳米复合结构涂料，包括如下重量份组分：聚硅氧烷树脂30份、聚氨酯30份、蒙脱土15份、表面改性纳米材料15份、二月桂酸二丁烯3份、季戊四醇 3份、有机溶剂20份、微晶蜡2份、乙烯基三胺5份、分散剂5份；其中，所述表面改性纳米材料为硅烷偶联剂包覆改性的纳米二氧化钛和硅烷偶联剂包覆改性的二氧化硅，且包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅的质量比例为1:1。
上述高性能纳米复合结构涂料的制备方法，具体步骤为：
（1）制备包覆改性纳米二氧化钛：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为4:1:1的浓度为85～90%的乙醇溶液、KH-550硅烷偶联剂和纳米二氧化钛颗粒，固定转速搅拌1～2h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理1～2h，真空抽滤、洗涤后，在100℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化钛；
（2）制备包覆改性纳米二氧化硅：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为3:1:1的浓度为75～80%的乙二醇溶液、A51硅烷偶联剂和纳米二氧化硅颗粒，固定转速搅拌1～1.5h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理2～3h，真空抽滤、洗涤后，在80℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化硅；
（3）制备预改性纳米复合结构涂料：向加热搅拌釜中加入配方量的聚硅氧烷树脂、聚氨酯，搅拌混合并升温至50～80℃，然后恒温恒搅拌速度下，加入配方量的蒙脱土、季戊四醇、有机溶剂和微晶蜡，搅拌混合至均匀，最后加入二月桂酸二丁烯和乙烯基三胺，搅拌下反应1～2h，得到预改性纳米复合结构涂料；
（4）制备高性能纳米复合结构涂料：向步骤（3）中得到的预改性纳米复合结构涂料中加入配方量分散剂及步骤（1）和步骤（2）中制备的包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅，然后将其先后置入6000r/min转速下分散剂和超声场中依次进行高速机械搅拌混合30～60min和超声混合15～20min，得到均匀的混合液，最后将上述混合液置入真空度为0.01～0.03MPa的抽真空消泡罐中消泡处理45～60min，得到所述高性能纳米复合结构涂料。
实施例2
一种高性能纳米复合结构涂料，包括如下重量份组分：聚硅氧烷树脂40份、聚氨酯20份、蒙脱土15份、表面改性纳米材料5份、二月桂酸二丁烯3份、季戊四醇 4份、有机溶剂30份、微晶蜡2份、乙烯基三胺10份、分散剂3份；其中，所述表面改性纳米材料为硅烷偶联剂包覆改性的纳米二氧化钛和硅烷偶联剂包覆改性的二氧化硅，且包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅的质量比例为3:1。
上述高性能纳米复合结构涂料的制备方法，具体步骤为：
（1）制备包覆改性纳米二氧化钛：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为6: 2:1的浓度为85～90%的乙醇溶液、KH-550硅烷偶联剂和纳米二氧化钛颗粒，固定转速搅拌1～2h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理1～2h，真空抽滤、洗涤后，在100℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化钛；
（2）制备包覆改性纳米二氧化硅：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为5:1:1的浓度为75～80%的乙二醇溶液、A51硅烷偶联剂和纳米二氧化硅颗粒，固定转速搅拌1～1.5h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理2～3h，真空抽滤、洗涤后，在80℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化硅；
（3）制备预改性纳米复合结构涂料：向加热搅拌釜中加入配方量的聚硅氧烷树脂、聚氨酯，搅拌混合并升温至50～80℃，然后恒温恒搅拌速度下，加入配方量的蒙脱土、季戊四醇、有机溶剂和微晶蜡，搅拌混合至均匀，最后加入二月桂酸二丁烯和乙烯基三胺，搅拌下反应1～2h，得到预改性纳米复合结构涂料；
（4）制备高性能纳米复合结构涂料：向步骤（3）中得到的预改性纳米复合结构涂料中加入配方量分散剂及步骤（1）和步骤（2）中制备的包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅，然后将其先后置入6000r/min转速下分散剂和超声场中依次进行高速机械搅拌混合30～60min和超声混合15～20min，得到均匀的混合液，最后将上述混合液置入真空度为0.01～0.03MPa的抽真空消泡罐中消泡处理45～60min，得到所述高性能纳米复合结构涂料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种高性能纳米复合结构涂料，其特征在于，包括如下重量份组分：聚硅氧烷树脂30～40份、聚氨酯20～30份、蒙脱土15～25份、表面改性纳米材料5～15份、二月桂酸二丁烯1～3份、季戊四醇 3～4份、有机溶剂20～30份、微晶蜡2～3份、乙烯基三胺5～10份、分散剂3～5份。
2.根据权利要求1所述的高性能纳米复合结构涂料，其特征在于，所述表面改性纳米材料为包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的高性能纳米复合结构涂料，其特征在于，所述包覆改性剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求2所述的高性能纳米复合结构涂料，其特征在于，所述包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅的质量比例为1～3:1。
5.一种如权利要求1至4之一所述的高性能纳米复合结构涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备包覆改性纳米二氧化钛：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为4～6:1～2:1的乙醇溶液、硅烷偶联剂和纳米二氧化钛颗粒，固定转速搅拌1～2h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理1～2h，真空抽滤、洗涤后，在100℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化钛；
（2）制备包覆改性纳米二氧化硅：在室温下，向搅拌速度为1500～1800r/min的分散机中加入质量比例为3～5:1:1的乙二醇溶液、硅烷偶联剂和纳米二氧化硅颗粒，固定转速搅拌1～1.5h，得到初步分散的混合溶液，然后将上述混合溶液置入超声分散场中处理2～3h，真空抽滤、洗涤后，在80℃的真空干燥箱中干燥30～60min至恒重，得到包覆改性纳米二氧化硅；
（3）制备预改性纳米复合结构涂料：向加热搅拌釜中加入配方量的聚硅氧烷树脂、聚氨酯，搅拌混合并升温至50～80℃，然后恒温恒搅拌速度下，加入配方量的蒙脱土、季戊四醇、有机溶剂和微晶蜡，搅拌混合至均匀，最后加入二月桂酸二丁烯和乙烯基三胺，搅拌下反应1～2h，得到预改性纳米复合结构涂料；
（4）制备高性能纳米复合结构涂料：向步骤（3）中得到的预改性纳米复合结构涂料中加入配方量分散剂及步骤（1）和步骤（2）中制备的包覆改性纳米二氧化钛和包覆改性二氧化硅，然后将其先后置入6000r/min转速下分散剂和超声场中依次进行高速机械搅拌混合和超声混合，得到均匀的混合液，最后将上述混合液置入真空度为0.01～0.03MPa的抽真空消泡罐中消泡处理45～60min，得到所述高性能纳米复合结构涂料。
6.根据权利要求5所述的高性能纳米复合结构涂料的制备方法，其特征在在于，所述步骤（1）中的乙醇溶液的浓度为85～90%，所述硅烷偶联剂为KH-550。
7.根据权利要求5所述的高性能纳米复合结构涂料的制备方法，其特征在在于，所述步骤（2）中的乙二醇溶液的浓度为75～80%，所述硅烷偶联剂为A51。
8.根据权利要求5所述的高性能纳米复合结构涂料的制备方法，其特征在在于，所述步骤（4）中，所述高速机械搅拌混合的时间为30～60min，所述超声混合的时间为15～20min。
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