CN107400421A - 一种耐腐蚀的金属涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐腐蚀的金属涂层材料及其制备方法,属于耐腐蚀涂层材料技术领域,由如下重量份的原料制成:丙三醇50‑65份,纳米氧化锌14‑18份,偶联剂0.5‑0.8份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04‑0.08份,聚丙烯酸酯2‑5份,三氯甲烷5‑8份,二氧化钛8‑10份,聚乙烯醇3‑5份,三氧化二锰6‑8份,消泡剂0.02‑0.15份,分散剂5‑7份,聚偏氟乙烯7‑12份,N,N‑二甲基甲酰胺2‑4份,去离子水15‑20份。本发明机械性能良好,抗菌,耐水,附着能力强,耐腐蚀性能强。
Description
技术领域
本发明涉及耐腐蚀涂层材料技术领域,具体涉及一种耐腐蚀的金属涂层材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的进步和人类对海洋资源认知水平的不断提高,海洋石油、海底矿业、海洋化工、海洋养殖、海洋能源等海洋产业的开发已从浅海走向深海,甚至超深海。海洋工程技术领域不断发展,海上大型工程的设计使用年限均长达几十年。然而,随着海面风浪等对金属构件产生的往复冲击;海水、海洋生物及其代谢产物等对金属材料的腐蚀,海洋环境已成为极为苛刻的腐蚀环境。无论海水里还是海面上的潜艇、船舶等,都需要采用高强、耐腐蚀材料制造,并涂刷防腐涂层进行保护。由于海洋工程钢结构长期固定于海中,恶劣的海洋环境所造成的严重腐蚀直接影响到钢结构物的使用安全,且海上涂层的修补十分困难,常规防腐方法已无法保证海上钢结构物长期的使用寿命。因此,寻找最合适的海洋防腐涂料已引起人们的广泛关注。
对于海洋金属基底的防护,主要通过使用耐腐蚀材料、添加缓蚀剂、金属表面改性、涂层保护和电化学保护等方法。其中涂层保护是一种传统的海洋防腐技术:使用耐腐蚀涂料涂敷在金属基底表面,经高温或常温固化成膜,对其进行保防护。防腐涂膜的防腐机理包括:屏蔽作用,钝化作用,防锈填料的保护作用,阴极保护作用等。涂层保护具有施工简便、防腐蚀效果明显、经济效益高等优点,在海洋防腐领域得到大规模应用。但是,目前常用的涂层材料的机械性能和耐腐蚀性能还有待提高。
公开号为CN106147539A的专利公开了一种纳米耐海洋防腐底漆,其特征在于,由以下重量份数的原料制成 :线性酚醛环氧树脂 20-30 份、三硬脂酸甘油酯 2-4 份、酚醛胺固化剂 5-7 份、聚酰胺固化剂 4-6 份、二氧化钛 2-4 份、镍合金粉 8-12 份、纳米生物防污剂 3-5份、氧化锌 1-3 份、丙酮 15-18 份、填料 12-14 份、醋酸2-5份。该发明具有可施工性和储存稳定性,具有一定的防腐蚀、耐磨、耐水及耐化学品性能,但是在实际应用中,该发明的防腐性能不是很好,耐碱性能差,且该发明机械性能差,抵御不了海水的冲击。
公开号为CN105062308A的专利公开了一种船舶用耐热耐腐蚀水性环氧树脂涂料,包括 A 组分与 B 组分,A 组分与 B组分的重量比为 100 :1-2 ;A 组分的原料按重量份包括 :环氧树脂 E-445-15,硅氧烷改性环氧树脂 30-40,酚醛环氧树脂 20-40,脂肪酸 1-2,硅酸铝 10-18,聚吡咯中空球 5-10,硫酸钡 2-8,二氧化钛微球 2-6,滑石粉 2-5,锂基膨润土 1-3,氧化锌 1-4,磷酸锌 2-8,三聚磷酸铝 1-3,聚乙烯醇10-20,分散剂 1-3,消泡剂 1-3,润湿剂 1-3,流平剂1-3,去离子水20-40 ;B组分的原料按重量份包括 :三乙烯四胺 5-15,间苯二甲胺 10-20,丙二醇甲醚醋酸酯 1-2,醇酯十二 1-3,去离子水 10-20。该发明耐腐性、附着力及力学性能好,但是还有待提升的空间,耐冲击强度较弱,而且该发明不耐水,抗菌性能差,不适合长时间的海洋作业。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种机械性能良好,抗海水冲击,抗菌,耐水,耐腐蚀,用于海洋防腐的金属涂层材料及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种耐腐蚀的金属涂层材料,由如下重量份的原料制成:丙三醇50-65份,纳米氧化锌14-18份,偶联剂0.5-0.8份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04-0.08份,聚丙烯酸酯2-5份,三氯甲烷5-8份,二氧化钛8-10份,聚乙烯醇3-5份,三氧化二锰6-8份,消泡剂0.02-0.15份,分散剂5-7份,聚偏氟乙烯7-12份,N,N-二甲基甲酰胺2-4份,去离子水15-20份。
进一步的,一种耐腐蚀的金属涂层材料,由如下重量份的原料制成:丙三醇60份,纳米氧化锌16份,偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.06份,聚丙烯酸酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛9份,聚乙烯醇份4,三氧化二锰7份,消泡剂0.06份,分散剂6份,聚偏氟乙烯11份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水19份。
进一步的,所述偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂或四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂。
进一步的,所述消泡剂为磷酸三丁酯或聚二甲基硅氧烷。
进一步的,所述聚丙烯酸酯为聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯中的一种或两种。
进一步的,所述聚丙烯酸酯为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸甲酯:聚丙烯酸甲酯的比重为8:2。
进一步的,所述分散剂为聚丙烯酸铵或聚丙烯酰胺。
进一步的,一种耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)将50-65重量份的丙三醇和0.5-0.8重量份的偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25~30kHz,功率300~500W,震荡时间30-40mim,然后加入14-18重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300-400r/min,搅拌时间为45-60min,抽滤,在75-80℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与15-20重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入8-10重量份的二氧化钛,6-8重量份的三氧化二锰,0.04-0.08重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵,3-5重量份的聚乙烯醇,5-7重量份的分散剂,0.02-0.15重量份的消泡剂,转速为150-180r/min,时间为10-12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入2-4重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入7-12重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5-2h,得到混合液2;
4)将2-5重量份的聚丙烯酸酯加入到5-8重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为200-300r/min,搅拌时间为40-45min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6-7h,即可。
本发明的有益效果是:纳米氧化锌不仅具有良好的抗菌性能,而且可以提高涂层的抗腐蚀性能。用偶联剂改性纳米氧化锌,将有机官能团接到纳米氧化锌的表面,提高它与有机聚合物的相容性及分散性。丙三醇作为有机溶剂,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂有阻燃,防锈,和增强粘接的性能。钛酸酯偶联剂与纳米氧化锌粒子表面发生化学偶联反应,不仅提高纳米氧化锌与有机物的相容性和分散性,而且可以提高涂层的拉伸强度和耐冲击强度。
聚二烯基丙二甲基氯化铵与纳米氧化锌粒子结合制成薄膜。聚二烯基丙二甲基氯化铵具有抗氯性,阻挡了海水中的腐蚀因子,能够提高涂层的耐老化能力,使其晶相结构不易被破坏。
二氧化钛和三氧化二锰作为粒子填充物,填充在有机聚合物聚丙烯酸酯和聚偏氟乙烯内部的空隙孔道中,降低涂层空隙率,强化了物理屏障功能,使涂层表面光滑、致密,增强涂层与金属基体的结合能力,防止涂层剥离,提高了材料的耐腐蚀性能。二氧化钛分散性好,三氧化二锰能够降低涂层的自腐蚀电流密度,提高材料的耐腐蚀性能。
聚乙烯醇作为粘合剂,降低金属基体的腐蚀。分散剂降低粘度,减少加水量,提高含固量,消泡剂消除气泡。
三氯甲烷作为溶剂溶解聚丙烯酸酯。聚丙烯酸酯具有抗菌性能和紫外线屏蔽性能,与纳米氧化锌协同作用,提高涂层的耐水性,延长材料的耐候性。
聚偏氟乙烯与N,N-二甲基甲酰胺相配合,提高涂层的冲击强度和韧性,增强材料的耐磨性。
本发明对纳米氧化锌进行改性,纳米材料具有显著的协同效应,各种材料有机结合,发挥各组分的协同效应,制得用于海洋防腐的金属涂层材料,能够提高材料的抗老化性能、耐水性,具有良好的机械性能,综合性能优异。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇50份,纳米氧化锌14份,四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.5份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04份,聚丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰6份,聚二甲基硅氧烷0.02份,聚丙烯酰胺5份,聚偏氟乙烯7份,N,N-二甲基甲酰胺2份,去离子水15份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间30mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酰胺和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为10h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为200r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6h,即可。
实施例二
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇52份,纳米氧化锌15份,四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.05份,聚丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰7份,磷酸三丁酯0.06份,聚丙烯酸铵6份,聚偏氟乙烯8份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水16份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间35mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为10h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为250r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6h,即可。
实施例三
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇55份,纳米氧化锌16份,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.06份,聚甲基丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛9份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰7份,磷酸三丁酯0.07份,聚丙烯酸铵6份,聚偏氟乙烯9份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水18份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间35mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为250r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6h,即可。
实施例四
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇60份,纳米氧化锌16份,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.06份,聚丙烯酸酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛9份,聚乙烯醇4份,三氧化二锰7份,磷酸三丁酯0.06份,聚丙烯酸铵6份,聚偏氟乙烯11份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水19份,其中聚丙烯酸铵为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸甲酯:聚丙烯酸甲酯的比重为8:2。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率30kHz,功率500W,震荡时间35mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为350r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在78℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡2h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为250r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
实施例五
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇65份,纳米氧化锌18份,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.8份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.08份,聚丙烯酸酯5份,三氯甲烷8份,二氧化钛10份,聚乙烯醇5份,三氧化二锰8份,磷酸三丁酯0.15份,聚丙烯酸铵7份,聚偏氟乙烯12份,N,N-二甲基甲酰胺4份,去离子水20份,其中聚丙烯酸铵为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸甲酯:聚丙烯酸甲酯的比重为8:2。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,同实施例四。
实施例六
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为同实施例三。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率30kHz,功率500W,震荡时间40mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在78℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡2h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为45min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
实施例七
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇60份,纳米氧化锌17份,四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04份,聚丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰6份,聚二甲基硅氧烷0.02份,聚丙烯酸铵5份,聚偏氟乙烯7份,N,N-二甲基甲酰胺2份,去离子水18份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间30mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为60min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为200r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
实施例八
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇55,纳米氧化锌16,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.5,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.07,聚丙烯酸甲酯5,三氯甲烷6,二氧化钛8,聚乙烯醇3,三氧化二锰6,聚二甲基硅氧烷0.02,聚丙烯酸铵5,聚偏氟乙烯7,N,N-二甲基甲酰胺2,去离子水15。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间30mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为60min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡2h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
对比例一
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:纳米氧化锌14份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04份,聚丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰6份,聚二甲基硅氧烷0.02份,聚丙烯酰胺5份,聚偏氟乙烯7份,N,N-二甲基甲酰胺2份,去离子水15份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)将纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酰胺和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为10h,得到混合液1;
3)向步骤1)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为200r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤2)得到的混合液2加入到步骤3)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6h,即可。
对比例二
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇52份,纳米氧化锌15份,四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.05份,聚丙烯酸甲酯3份,三氯甲烷6份,聚乙烯醇3份,磷酸三丁酯0.06份,聚丙烯酸铵6份,聚偏氟乙烯8份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水16份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间35mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为10h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为250r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6h,即可。
对比例三
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇60份,纳米氧化锌16份,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚丙烯酸酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛9份,聚乙烯醇4份,三氧化二锰7份,磷酸三丁酯0.06份,聚丙烯酸铵6份,聚偏氟乙烯11份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水19份,其中聚丙烯酸铵为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸甲酯:聚丙烯酸甲酯的比重为8:2。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率30kHz,功率500W,震荡时间35mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为350r/min,搅拌时间为50min,抽滤,在78℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和磷酸三丁酯,其中磷酸三丁酯分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为160r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡2h,得到混合液2;
4)将上述重量份的聚丙烯酸酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为250r/min,搅拌时间为40min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
对比例四
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇60份,纳米氧化锌17份,四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰6份,聚二甲基硅氧烷0.02份,聚丙烯酸铵5份,聚偏氟乙烯7份,N,N-二甲基甲酰胺2份,去离子水18份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间30mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为60min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为12h,得到混合液;
3)向步骤2)得到的混合液中加入上述重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入上述重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5h,即可。
对比例五
一种耐腐蚀的金属涂层材料,包括的组分及其含量为:丙三醇55份,纳米氧化锌16份,异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂0.5份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.07份,聚丙烯酸甲酯5份,三氯甲烷6份,二氧化钛8份,聚乙烯醇3份,三氧化二锰6份,聚二甲基硅氧烷0.02份,聚丙烯酸铵5份,去离子水15份。
该耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,包含如下步骤:
1)称取上述重量份的丙三醇和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25kHz,功率300W,震荡时间30mim,然后加入上述重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为60min,抽滤,在75℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与上述重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入上述重量份的二氧化钛,三氧化二锰,聚二烯基丙二甲基氯化铵,聚乙烯醇,聚丙烯酸铵和聚二甲基硅氧烷,其中聚二甲基硅氧烷分两次加入,第一次加入上述重量份的一半,和原料一起加入,第二次为球磨2h后,加入剩余的一半,转速为150r/min,时间为12h,得到混合液1;
3)将上述重量份的聚丙烯酸甲酯加入到上述重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为40min,得到混合液2;
4)将步骤2)得到的混合液1加入到步骤3)得到的混合液2中,在磁力搅拌器中搅拌7h,即可。
性能测试:
1)机械性能测试
在实际应用过程中,涂层的机械性能是衡量其耐用性的重要考核指标。涂层因配方组分比例不同,其机械性能会有一定差别。
向模具内浇注入调配好的混合液,室温下固化后得到涂层试样。其规格为:长为30mm,宽lO mm,厚度为100μm。采用美国美特斯CMT5305万能试验机对漆层进行应力应变测试,应变率为10mm/min。
拉伸强度是试样在拉力机上被拉断时,单位截面积上承受的负荷,用N/mm2表示,计算公式如1-1所示:
P=F/S (1-1)
式中:
P一试样的拉伸强度,N/mm2;
F-试样断裂时断裂截面上所受的力,N;
S-试样断裂面的面积,mm2。
其中,1MPa=1N/mm2
断裂伸长率是试样被拉断时的伸长与原长度的比值,用百分率表示,计算公式如1-2所示:
E=(L1-L0)/L0 (1-2)
式中:
E一断裂伸长率,%;
L0一试样原长度,mm;
L1—试样断裂时受力部分的长度,mm。
2)耐水性测试
取涂层混合液30g于玻璃培养皿中,自然干燥,制成薄膜。采用吸水率表征薄膜的耐水性,将薄膜裁剪成15mm×15mm的正方形试样,称取试样质量(精确至0.001g)。将其放入装有蒸馏水的培养皿中,蒸馏水没过薄膜的上表面,在室温下浸泡24h后取出。用滤纸轻轻擦拭掉薄膜表面的水分,并立即称重。根据公式2-1,计算薄膜的吸水率,每个试样测试3次,取平均值。
W=(m1-m0)/m0×100% (2-1)
式中,W-薄膜的吸水率,%;
m0-试样的初始质量,g;
m1-试样吸水后的质量,g。
3)抗菌性测试
参照 GB/T 21866-2008 的方法进行实验。步骤一,配制洗脱液(3.5%Na Cl溶液)、液体培养基 NB(H2O 1000ml、NaCl 5g、牛肉膏 5g、蛋白胨10g)和固体培养基 NA(NB 1000ml、琼脂 15g)备用,以上溶液都要用将pH值调至7.0-7.2 之间;步骤二,将洗脱液、NB、NA以及试管、枪头、玻璃皿和离心管在 121℃下高温灭菌20分钟;步骤三,在超净台里将冷藏的金黄色葡萄球菌接种到NA上,在 37℃的恒温培养箱中活化24小时;步骤四,将少量活化后的细菌接种到 5ml NB中,放于恒温台式振荡器中培养24小时,温度 37℃,转速220 rpm;步骤五,在超净台里用75%的乙醇溶液清洗样品表面,无菌蒸馏水冲洗残余酒精,紫外照射灭菌30分钟;步骤六,将菌液10倍稀4次,滴加100μl稀释后的菌液于涂层试样表面,用灭菌过的PE膜贴覆在涂层试样表面,以便菌液和样品充分接触;步骤七,将涂层试样放于灭菌过的玻璃皿中,在 37℃下培养 24小时;步骤八,用8ml洗脱液冲洗薄膜表面,取洗脱液200μl接种于NA上,用涂布棒涂匀,将NA放于37℃的恒温培养箱培养24小时;步骤九,用平板计数法统计菌落。
4)耐腐蚀测试
取三个干净的烧杯,分别配制10%浓度的盐酸、10%浓度的NaOH溶液和以1:1比例配制的甲苯和石油醚混合溶液,用来模拟海洋极端环境,将涂层试样分别浸入三种配制好的溶液中,保持密封环境45天后,取出涂层试样观察薄膜表面的腐蚀情况。
5)附着力测试
附着力测试利用划格法,依据ISO2409和GB/19286-98标准,对底材为镀锌铁片上涂覆厚度为121-250μm的测试涂料,对涂层试样进行井字划格,之后轻轻扫去表面杂质,以胶带中间与划线格平行放置,用手抹平胶带,随后以接近60°角揭开胶带,检查切割部位状态。
6)耐盐雾腐蚀测试
盐雾腐蚀试验是将涂膜试样置于温度受控的盐雾箱内,一定时间内评定涂膜抵抗盐雾腐蚀能力的试验,是对海洋性大气的模拟并加速的一种方法。
按照GB/T1771-91要求,将涂膜试样放置在FQY010A型盐雾试验箱内,温度调整在25℃±1℃范围内,测试试样在国标要求温度下能够耐盐雾腐蚀长达720小时,腐蚀情况。
实施例一至八与对比例一至五的测试分析结果如表1:
表1实施例与对比例的测试结果
拉伸强度MPa | 断裂伸长率% | 耐水性 | 抗菌性 | 耐酸性 | 耐碱性 | 耐有机溶剂腐蚀 | 附着力 | 耐盐雾 | |
实施例一 | 16.5 | 115.72 | 41 | 78 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例二 | 17.2 | 116.63 | 40 | 79 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例三 | 17.9 | 117.65 | 36 | 82 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例四 | 24.0 | 124.89 | 34 | 91 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例五 | 23.5 | 123.35 | 34 | 89 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例六 | 18.4 | 117.96 | 35 | 84 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例七 | 23.2 | 118.98 | 37 | 85 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
实施例八 | 21.3 | 116.38 | 35 | 88 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 无皱皮、气泡、剥落现象 | 光滑,无脱落 | 无皱皮、气泡、剥落现象 |
对比例一 | 9.3 | 102.36 | 45 | 70 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 少许涂层脱落 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 |
对比例二 | 12.3 | 105.59 | 47 | 72 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大面积涂层脱落 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 |
对比例三 | 13.4 | 106.38 | 46 | 62 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 少许涂层脱落 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 |
对比例四 | 12.6 | 105.89 | 55 | 60 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 | 少许涂层脱落 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 |
对比例五 | 10.2 | 103.21 | 44 | 69 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 少量皱皮、气泡、剥落现象 | 大面积涂层脱落 | 大量皱皮、气泡、剥落现象 |
从表1中可以看出:1)实施例一至八均表现出良好的抗拉和抗压性,及很好的耐水性和抗菌性,机械性优异,耐化学腐蚀性优良;2)对比例一与实施例一相比,缺少将纳米氧化锌用偶联剂进行改性,它们的机械性能和耐腐蚀性能均有所下降;3)对比例二与实施例二相比,缺少二氧化钛和三氧化二锰,它们的机械性能和耐腐蚀性能均有所下降;实施例三与实施例六,实施例四与实施例五,可得出成分一样,不同条件下制备的涂层材料的性能差别不大;4)对比例三与实施例四相比,对比例四与实施例七相比,对比例五与实施例八相比,分别缺少聚二烯基丙二甲基氯化铵、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯,它们的机械性能和耐腐蚀性能均有所下降,对比例一的性能是最差的,说明各原料之间是相辅相成的,缺少任何一种原料,涂层材料的性能就会明显下降。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:由如下重量份的原料制成:丙三醇50-65份,纳米氧化锌14-18份,偶联剂0.5-0.8份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.04-0.08份,聚丙烯酸酯2-5份,三氯甲烷5-8份,二氧化钛8-10份,聚乙烯醇3-5份,三氧化二锰6-8份,消泡剂0.02-0.15份,分散剂5-7份,聚偏氟乙烯7-12份,N,N-二甲基甲酰胺2-4份,去离子水15-20份。
2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:由如下重量份的原料制成:丙三醇60份,纳米氧化锌16份,偶联剂0.6份,聚二烯基丙二甲基氯化铵0.06份,聚丙烯酸酯3份,三氯甲烷6份,二氧化钛9份,聚乙烯醇份4,三氧化二锰7份,消泡剂0.06份,分散剂6份,聚偏氟乙烯11份,N,N-二甲基甲酰胺3份,去离子水19份。
3.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:所述偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂或四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂。
4.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:所述消泡剂为磷酸三丁酯或聚二甲基硅氧烷。
5.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:所述聚丙烯酸酯为聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:所述聚丙烯酸酯为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸甲酯:聚丙烯酸甲酯的比重为8:2。
7.如权利要求1所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料,其特征在于:所述分散剂为聚丙烯酸铵或聚丙烯酰胺。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种耐腐蚀的金属涂层材料的制备方法,其特征在于:包含如下步骤:
1)将50-65重量份的丙三醇和0.5-0.8重量份的偶联剂混合后,放入超声波振荡器中,频率25~30kHz,功率300~500W,震荡时间30-40mim,然后加入14-18重量份的纳米氧化锌,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300-400r/min,搅拌时间为45-60min,抽滤,在75-80℃烘干,研磨,得到表面改性的纳米氧化锌粉末;
2)将步骤1)得到的表面改性的纳米氧化锌与15-20重量份的去离子水混合置于球磨机中球磨,并依次加入8-10重量份的二氧化钛,6-8重量份的三氧化二锰,0.04-0.08重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵,3-5重量份的聚乙烯醇,5-7重量份的分散剂,0.02-0.15重量份的消泡剂,转速为150-180r/min,时间为10-12h,得到混合液1;
3)向步骤2)得到的混合液1中加入2-4重量份的N,N-二甲基甲酰胺,在超声波振荡器中震荡30min,然后加入7-12重量份的聚偏氟乙烯,在超声波振荡器中继续震荡1.5-2h,得到混合液2;
4)将2-5重量份的聚丙烯酸酯加入到5-8重量份的三氯甲烷中混合,置于磁力搅拌器中,在20℃-25℃的条件下,转速为200-300r/min,搅拌时间为40-45min,得到混合液3;
5)将步骤3)得到的混合液2加入到步骤4)得到的混合液3中,在磁力搅拌器中搅拌6-7h,即可。
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