CN104861822A - 一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，该复合涂料由金属有机骨架(MOFs)配位化合物与水性环氧树脂复合而成。金属有机骨架(MOFs)配位化合物作为一种新型有机无机杂化材料,具有高空隙率、孔道尺寸形状可调性、当受到外界刺激(如压力、光、客体分子的化学刺激)时,会改变骨架的形状。本发明将金属有机骨架材料引入到防腐涂料体系，其不仅可以增加涂层的交联密度，而且可以吸收腐蚀粒子，克服了目前水性防腐涂层中普遍存在的阻隔性差和防腐周期短的缺点，大大提高了防腐涂层的防腐性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料的制备方法，特别是涉及一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法。
背景技术
金属及其合金至今仍然是最重要的结构材料，所以金属腐蚀还是最引人注意的问题之一。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，它还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗等。因此，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。金属防腐蚀的方法很多，但考虑到经济性、方便性和国民经济发展所需，涂料则成为解决腐蚀问题的首选措施。
近年，由于国家立法对有机溶剂挥发的限制，水性防腐涂料越来越受到关注。但是，由于水性防腐涂料阻隔性能差使其发展受到了一定阻碍。人们通常引入填料与其复合以达到增加阻隔性的目的。目前增强涂料阻隔性主要有三种方法：第一种是引入纳米无机粒子，该种方法虽然对水性涂料的阻隔性有所帮助，但无机粒子与有机涂料的相容性差易造成团聚，使得涂料合成过程难度大大增加。第二种方法是加入纳米有机微球，其解决了填料与基体树脂间的相容性问题，但是由于有机微球的力学强度较低，在涂料的制备过程中易造成球体的破裂，进而使得涂料的防腐效果不能达到理想状态。第三种方法是采用偶联剂对无机粒子进行改性，该方法虽然一定程度上改善了无机粒子与基体树脂的相容性，但其缺点是工序复杂。因此，现有的水性复合涂料难以满足人们的需要，亟需开发一种新的水性复合涂料制备方法。
金属有机骨架(MOFs)是由有机分子配体与相应的金属离子通过共价键结合得到的三维骨架晶体结构材料。这些金属有机骨架具有高的孔隙率、超低密度和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大,MOFs比其它的多孔材料有更广泛的应用前景,如吸附、催化剂、磁性材料和光学材料等。MOFs 有机配体通常带有 N，P 或 S 等元素，一些元素在酸性或碱性溶液中对金属具有一定的防腐蚀作用。并且由于MOFs 和现在的一些防腐蚀保护材料相比无毒，环境友好，制备比较简单，MOFs作为防腐蚀性材料将会有更好的应用前景和实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，该涂料的制备方法能有效改善水性基体涂料的阻隔性，提高涂料的防腐性能，该方法填料用量小，制备过程温和环保，能耗低。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，该防腐涂料是至少一种金属有机骨架材料与水性环氧树脂复合而成，所述方法包括以下具体制备步骤：
a. 室温下称取0.1~0.2g Tris，溶于80~100mL水中，然后加0.1~1mol/L的盐酸溶液调节缓冲溶液的PH=8.5，称取多巴胺溶于上述配置的缓冲溶液中，使多巴胺缓冲溶液的浓度控制在2~6mg/mL内；
b. 将金属有机骨架材料放入多巴胺的缓冲溶液中，置于超声环境中进行改性，以得到负载有多巴胺的金属有机骨架材料；
c. 取10-40份上述负载有多巴胺的金属有机骨架填料，加入到100-200份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得金属有机骨架/水性防腐涂料的母液；
d.取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与金属有机骨架/水性防腐涂料的母液按1：3-4的比例混合即可。
所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，所述水性环氧树脂为Ar555环氧树脂，或H228A环氧树脂、E44环氧乳液、E51环氧乳液、E20环氧乳液。
所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，所述的水性固化剂为Aq419，或H228B、W651、W650。
所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，所述涂料，涂覆时将金属基板喷砂或打磨处理，用无水乙醇除水、丙酮去油、干燥，将金属有机骨架/水性防腐涂料通过空气喷涂法涂布于金属基板上，涂布完后在室温下干燥即得到透明涂层。
一种金属有机骨架/水性防腐涂层的制备方法，该方法还包括以下过程：取200份水和200份水性环氧树脂，机械搅拌均匀 ；取20份负载有多巴胺的金属有机骨架填料加入以上树脂体系中， 在球磨机中分散1h，即得防腐涂料的母液 ；将防腐涂料的母液与50份水性固化剂按4：1的比例混合即可得高防腐的金属有机骨架复合涂料。
本发明的优点与效果是：
1 本发明提供一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，其填料用量小，制备过程温和环保，能耗低。
2 负载有多巴胺的金属有机骨架材料在涂料中不仅分散性良好，且增加了涂层的交联密度，解决了水性树脂阻隔性能差的缺点。
3 金属有机骨架在受外界刺激时可以改变骨架的形状的特性，解决了树脂水性化后造成的力学性能下降的弊端。
4 本发明中掺杂金属有机骨架能消除因涂刷工艺形成针孔等涂料缺陷而造成防腐效果下降的弊端，使涂刷工艺更简单化。
附图说明
图1为负载有多巴胺的金属有机骨架与环氧树脂相互作用机理图；
图2为金属有机骨架/水性防腐涂层的理想结构图。
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像对本发明技术方案的理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明提出使用的金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，所用的填料是一种具有特殊结构的新型有机无机杂化材料-金属有机骨架, 其具有高空隙率、孔道尺寸形状可调性等优点。采用多巴胺对其进行修饰后，其不仅提高了其在水性树脂中的分散性，还可以与环氧二次反应使环氧开环（如图1），进而增强了涂层的交联密度。由于金属有机骨架还有受外界刺激易于改变骨架形状的特性，很好的提高了涂层的力学性能。图2为金属有机骨架填充水性防腐涂料的理想结构图， 图中由于在金属有机骨架外表面和空隙中均引入了多巴胺，其与基体或者固化剂产生新键，增加了体系的交联密度，进而增加了涂层的阻隔性和防腐性。
实施例 1;
（1）金属有机骨架的改性：
1）室温下称取0.1~0.2g Tris，溶于80~100mL水中， 然后加入0.1~1mol/L的盐酸溶液调节缓冲溶液的 pH=8.5，在称取一定量的多巴胺溶于上述配置的缓冲溶液中，使多巴胺缓冲溶液的浓度控制在2~6mg/mL内；
2）将金属有机骨架材料放入多巴胺的缓冲溶液中，置于超声环境中进行改性，
以得到负载有多巴胺的金属有机骨架材料材料。
（2）防腐涂料的制备 ：
1）取100份水性环氧树脂和 100 份水，
2）取35份负载有多巴胺的金属有机骨架填料，加入以上树脂体系中， 在球磨机中分散1h。取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将金属有机骨架防腐涂料的母液与稀释好的水性固化剂按 4：1 的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在 30-200um，室温固化即可。
Claims (5)
1.一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，该防腐涂料是至少一种金属有机骨架材料与水性环氧树脂复合而成，其特征在于，所述方法包括以下具体制备步骤：
a. 室温下称取0.1~0.2g Tris，溶于80~100mL水中，然后加0.1~1mol/L的盐酸溶液调节缓冲溶液的PH=8.5，称取多巴胺溶于上述配置的缓冲溶液中，使多巴胺缓冲溶液的浓度控制在2~6mg/mL内；
b. 将金属有机骨架材料放入多巴胺的缓冲溶液中，置于超声环境中进行改性，以得到负载有多巴胺的金属有机骨架材料；
c. 取10-40份上述负载有多巴胺的金属有机骨架填料，加入到100-200份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得金属有机骨架/水性防腐涂料的母液；
d.取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与金属有机骨架/水性防腐涂料的母液按1：3-4的比例混合即可。
2. 根据权利要求1所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述水性环氧树脂为Ar555环氧树脂，或H228A环氧树脂、E44环氧乳液、E51环氧乳液、E20环氧乳液。
3. 按权利要求 1 所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，其特征在于所述的水性固化剂为Aq419，或H228B、W651、W650。
4. 根据权利要求1所述的一种金属有机骨架/水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述涂料，涂覆时将金属基板喷砂或打磨处理，用无水乙醇除水、丙酮去油、干燥，将金属有机骨架/水性防腐涂料通过空气喷涂法涂布于金属基板上，涂布完后在室温下干燥即得到透明涂层。
5. 一种金属有机骨架/水性防腐涂层的制备方法，其特征在于，该方法还包括以下过程：取200份水和200份水性环氧树脂，机械搅拌均匀 ；取20份负载有多巴胺的金属有机骨架填料加入以上树脂体系中， 在球磨机中分散1h，即得防腐涂料的母液 ；将防腐涂料的母液与50份水性固化剂按4：1的比例混合即可得高防腐的金属有机骨架复合涂料。
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