一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法
2023-04-29 05:42:11
專利名稱：一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種基於有機矽氧烷的塗料組合物的製備方法，更具體的說是涉及一種添加納米功能粉體的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法。
背景技術：
海洋性環境和海水中存在滲透能力和腐蝕性極強的氯離子，目前常用的海洋工程防護方法是塗覆防海水腐蝕的海洋塗料。海洋塗料的兩大基礎系列是海洋防汙塗料與海洋防腐塗料。根據不同設施的使用環境，可分為船舶塗料、海洋工程設施用重防腐塗料等。船舶塗料按使用部位分為船底防腐和防汙塗料、船殼塗料、甲板塗料、內艙塗料以及各種特種功能塗料。海洋防腐塗料所包括的範圍非常廣泛且都屬於重防腐塗料的範疇，如防鏽底漆、船殼漆、甲板漆、內艙漆、貨櫃塗料、海港設施及平臺塗料、油罐塗料、海水冷卻管道及海上輸油管道用塗料等。隨著人類進入21世紀，海洋經濟和海洋產業進一步升級和向多元化發展，人們對於海洋工程防護塗料尤其是量大面廣的環氧富鋅塗料的需求量越來越大，也提出了更高的要求，例如高防護性能、低資源消耗及環境生態友好等。但傳統的海洋工程塗料的防護性能，尤其是抗氯離子腐蝕方面的性能還不令人滿意。
那麼，如何才能賦予海洋塗料高抗氯離子腐蝕性能？關鍵在於進一步提高環氧富鋅塗料成膜後塗層整體的質量，而高耐海水腐蝕性、抗劃傷性能等是其重要的特徵。然而，傳統海洋塗料的樹脂已無法滿足人們對海洋工程高抗氯離子腐蝕性能的要求。以環氧富鋅塗料為例，目前通用的環氧富鋅塗料由樹脂，鋅粉等填料及輔助材料所組成。依據經典的塗膜腐蝕失效機理，在腐蝕介質中塗膜的腐蝕失效通常有三種形式一是塗層與基體的附著力差，出現脫落；二是塗層自身受到酸、鹼、鹽等介質的侵蝕而喪失了對基體的保護；三是塗層存在缺陷(如針孔)或塗層抗滲性差，象Na+、Cl-等離子可以通過擴散，從而使塗層的電阻大大下降造成局部腐蝕。環氧富鋅塗層表面抗劃傷性能主要取決於塗層表面顯微及耐磨性能。通常提高塗膜耐海水腐蝕性、抗劃傷性性能的主要途徑是採用高性能樹脂和高品質填料及輔料等。聚有機矽氧烷塗料，因其具有獨特的增水性、增水遷移性而被用作新一代抗氯離子腐蝕材料。由於聚有機矽氧烷塗料中存在大量增水性的低聚物和小分子團，使得矽橡膠表面與水分子之間的作用力小於水分子的內聚力，水分子形成大於90°的潤溼角，水膜無法展開，呈現不連續的水珠狀態而具有增水性；有機矽氧烷膠是以具有羥基封端的聚二甲基矽氧烷為基膠，其中一般都不同程度的含有未交聯的低分子量矽氧燒鏈段，這些低分子對有機矽氧烷膠起到增水性遷移與恢復的作用。在有機矽氧烷塗料中加入一定量的納米填料，可以提高其綜合性能，如機械性能，尤其是抗氯離子滲透性能等。曾有報導指出納米填料可採用高土、活性碳酸鈣、矽灰石、炭黑、、白炭黑、粘土、雲母等。還有人採用納米級氣相白炭黑(納米SiO2)來提高有機矽氧烷塗料的抗紫外線老化和熱老化。也有人採用納米碳酸鈣來提高有機矽氧烷塗膜的機械性能。但在有關採用納米複合有機矽氧烷塗料提高海洋塗料抗氯離子滲透性能方面尚缺乏相關報導。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法。
本發明採用的技術方案一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，包括下列步驟a.使有機矽氧烷基膠在有機溶劑二甲苯中完全溶解形成膠液，所述有機矽氧烷基膠與所述有機溶劑二甲苯的重量比為8∶2；b.用有機表面活性劑月桂酸鈉對納米粉體進行包覆處理，表面活性劑月桂酸鈉的用量是納米粉體重量的6～8％，納米粉體的用量是步驟a所述膠液重量的2～6％，所述納米粉體是氧化矽、氧化鎂、氧化鈦和硫酸鋇四種納米粉體的組合物，其中氧化矽∶氧化鎂∶氧化鈦∶硫酸鋇的重量比1∶1∶2∶2，所述納米粉體的粒徑為20～60nm，在真空密煉機中將所述納米粉體分批逐次加入到膠液中進行密煉；c.密煉後的膠液經脫氧除氣，然後加入少量分散劑、偶聯劑和有機錫催化劑，其中分散劑的用量是納米粉體重量的4～6％，偶聯劑的用量是納米粉體重量的4～6％，有機錫催化劑的用量是納米粉體重量的0.4～0.5％；d.經步驟c處理的膠液被高速分散，並依次分別加入氧化矽高速分散30分鐘，加入氧化鎂高速分散20分鐘，加入氧化鈦高速分散20分鐘，加入硫酸鋇高速分散30分鐘，最後過濾濾出漿液即得產品。
步驟a中所述有機矽氧烷基膠是羥基封端的聚二甲基矽氧烷，分子量為20000。
步驟b中所述納米粉體的粒徑為30～50nm。
本發明的有益效果本發明工藝簡單，納米粉體在塗層中高效分散，不僅可以充分發揮材料納米化後表現的電、熱等方面的優異特性，還可有效填充塗層的針孔，顯著減少塗層中的各種缺陷的形成，從而顯著提高了有機矽氧烷塗料抗氯離子腐蝕的性能。
具體實施例方式
通過實施例對本發明進一步詳細描述，一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，包括下列步驟a.使有機矽氧烷基膠在有機溶劑二甲苯中完全溶解形成膠液，所述有機矽氧烷基膠與所述有機溶劑二甲苯的重量比為8∶2；b.用有機表面活性劑月桂酸鈉對納米粉體進行包覆處理，表面活性劑月桂酸鈉的用量是納米粉體重量的6～8％，納米粉體的用量是步驟a所述膠液重量的2～6％，所述納米粉體是氧化矽、氧化鎂、氧化鈦和硫酸鋇四種納米粉體的組合物，其中氧化矽∶氧化鎂∶氧化鈦∶硫酸鋇的重量比1∶1∶2∶2，所述納米粉體的粒徑為20～60nm，在真空密煉機中將所述納米粉體分批逐次加入到膠液中進行密煉；c.密煉後的膠液經脫氧除氣，然後加入少量分散劑、偶聯劑和有機錫催化劑，其中分散劑的用量是納米粉體重量的4～6％，偶聯劑的用量是納米粉體重量的4～6％，有機錫催化劑的用量是納米粉體重量的0.4～0.5％；d.經步驟c處理的膠液被高速分散，並依次分別加入氧化矽高速分散30分鐘，加入氧化鎂高速分散20分鐘，加入氧化鈦高速分散20分鐘，加入硫酸鋇高速分散30分鐘，最後過濾濾出漿液即得產品。步驟a中所述有機矽氧烷基膠是羥基封端的聚二甲基矽氧烷，分子量為20000。步驟b中所述納米粉體的粒徑為30～50nm。在有機矽氧烷塗料中加入納米功能粉體的量為重量百分比2～15％，最佳為3～6％。
實施例一(1)取有機矽氧烷烷基膠80g溶於20克有機溶劑二甲苯中，形成基膠液；(2)預先準備好用有機表面處理劑月桂酸鈉進行包覆處理的納米粉體，使納米粉體表面改性，易於與膠液複合和聚合；月桂酸鈉的加入量為納米粉體重量的6％，即0.144g；納米粉體為氧化矽、氧化鎂、氧化鈦、硫酸鋇四種粉體的組合，其總重量為膠液重量的2.4％，即2.4g；其時四種粉體按1∶1∶2∶2的比例分配，氧化矽的用量為0.4g、氧化鎂的用量為0.4g、氧化鈦的用量為0.8g、硫酸鋇的用量為0.8g；納米粉體的粒徑分別為SiO2為20nm，MgO為50nm，TiO2為50nm，BaSO4為60nm；並在真空密煉機中，粉體分批逐次加入膠液進行密煉；(3)經過密煉後，脫氧除氣，然後在上述膠液中加入少量分散劑、偶聯劑和有機錫催化劑；分散劑的加入量為0.120g；偶聯劑的加入量也為0.120g；有機錫催化劑的加入量為0.012g；(4)將上述膠液進行高速分散，依次加入氧化矽0.4g，高速分散30分蝕；加入氧化鎂0.4g，高速分散20分鐘；加入氧化鈦0.8g，高速分散20分鐘；最後加入硫酸鋇0.8g，高速分散30分鐘；最終經過濾，濾出漿液，即得抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗料。
實施例二(1)取有機矽氧烷烷基膠80g溶於20克有機溶劑二甲苯中，形成基膠液；(2)預先準備好用有機表面處理劑月桂酸鈉進行包覆處理的納米粉體，使納米粉體表面改性，易於與膠液複合和聚合；月桂酸鈉的加入量為納米粉體重量的8％，即0.48g；納米粉體為氧化矽、氧化鎂、氧化鈦、硫酸鋇四種粉體的組合，其總重量為膠液重量的6％，即6.0g；其時四種粉體按1∶1∶2∶2的比例分配，氧化矽的用量為1.0g、氧化鎂的用量為1.0g、氧化鈦的用量為2.0g、硫酸鋇的用量為2.0g；納米粉體的粒徑分別為SiO2為20nm，MgO為50nm，TiO2為50nm，BaSO4為60nm；並在真空密煉機中，粉體分批逐次加入膠液進行密煉；(3)經過密煉後，脫氧除氣，然後在上述膠液中加入少量分散劑、偶聯劑和有機錫催化劑；分散劑的加入量為0.30g；偶聯劑的加入量也為0.30g；有機錫催化劑的加入量為0.030g；(4)將上述膠液進行高速分散，依次加入氧化矽1.0g，高速分散30分蝕；加入氧化鎂1.0g，高速分散20分鐘；加入氧化鈦2.0g，高速分散20分鐘；最後加入硫酸鋇2.0g，高速分散30分鐘；最終經過濾，濾出漿液，即得抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗料。
實施例1、2中，所用分散劑為EFKA5010，所用偶聯劑為HY560。
實施例1-2列表
將上述實施例中所製得的抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗料均勻噴塗於熱鍍鋅板上，經24小時在室溫下固化成膜，對該樣品的性能評價試驗的測試結果見下表1(實施例製備的塗膜樣板與常規環氧富鋅塗膜板性能進行對比)。
表1環氧富鋅塗膜耐鹽霧和劃傷性能評價
從試驗結果可見，經抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗膜，其耐氯離子腐蝕性能可得到顯著提高。
以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，包括下列步驟a.使有機矽氧烷基膠在有機溶劑二甲苯中完全溶解形成膠液，所述有機矽氧烷基膠與所述有機溶劑二甲苯的重量比為8∶2；b.用有機表面活性劑月桂酸鈉對納米粉體進行包覆處理，表面活性劑月桂酸鈉的用量是納米粉體重量的6～8％，納米粉體的用量是步驟a所述膠液重量的2～6％，所述納米粉體是氧化矽、氧化鎂、氧化鈦和硫酸鋇四種納米粉體的組合物，其中氧化矽∶氧化鎂∶氧化鈦∶硫酸鋇的重量比1∶1∶2∶2，所述納米粉體的粒徑為20～60nm，在真空密煉機中將所述納米粉體分批逐次加入到膠液中進行密煉；c.密煉後的膠液經脫氧除氣，然後加入少量分散劑、偶聯劑和有機錫催化劑，其中分散劑的用量是納米粉體重量的4～6％，偶聯劑的用量是納米粉體重量的4～6％，有機錫催化劑的用量是納米粉體重量的0.4～0.5％；d.經步驟c處理的膠液被高速分散，並依次分別加入氧化矽高速分散30分鐘，加入氧化鎂高速分散20分鐘，加入氧化鈦高速分散20分鐘，加入硫酸鋇高速分散30分鐘，最後過濾濾出漿液即得產品。
2.根據權利要求1所述一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，其特徵是步驟a中所述有機矽氧烷基膠是羥基封端的聚二甲基矽氧烷，分子量為20000。
3.根據權利要求1所述一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，其特徵是步驟b中所述納米粉體的粒徑為30～50nm。
4.根據權利要求1所述一種耐磨耐腐蝕納米複合環氧富鋅塗料的製備方法，其特徵是步驟c中所述納米級功能粉體的用量是所述環氧富鋅塗料本體重量的3～6％。
全文摘要
本發明公開了一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料的製備方法，本發明選用羥基封端的聚二甲基矽氧烷作為有機矽氧烷塗料的基膠在其中加入經有機表面活性劑包覆處理的納米功能粉體，所述納米功能粉體是氧化矽、氧化鎂、氧化鈦和硫酸鋇四種納米粉體的組合物。最終得到了一種抗氯離子腐蝕的納米複合有機矽氧烷塗料。本發明製備的抗氯離子腐蝕納米複合有機矽氧烷塗膜其耐氯離子腐蝕性能得到了顯著提高。
文檔編號C09D5/08GK1847341SQ20061002528
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者鍾慶東, 施利毅, 方建慧, 張劍平, 孫建 申請人:上海電力學院