一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法

1.本发明涉及有机无机复合材料技术领域，特别是涉及一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法。


背景技术：

2.在有机环境中，聚合物的聚合、形态结构的控制及功能应用等研究已经被熟练掌握并应用；在无机环境中，各种金属离子的属性、金属制品的结构性能等研究也已经被熟练的掌握并应用。但是，随着外界环境的复杂多变，各种应用材料外貌及内部结构发生了复杂的变化，所以，国内外研究学者不再只局限于单一领域的研究，而是跨越多种领域，对材料的物理及化学性能进行表征。
3.环氧树脂因其优异的性能而闻名，如优良的化学性能和耐腐蚀性能、良好的附着力和在常温下易于固化等特点。环氧树脂中含有羟基、醚键和环氧基团，羟基和醚键有很高的极性可以和相邻界面的分子形成分子间作用力；环氧基团可以和金属表面游离的键发生化学反应形成化学键，提高和金属的附着力。因此，环氧树脂可以广泛应用于胶粘剂、覆膜、涂料和铸造等领域。然而，环氧树脂的耐候性和力学性能较差，恢复时间有限，切削和焊接性能不好，这就限制了其在高性能体系中的应用。为解决这一问题，有学者建议在环氧树脂体系中加入无机组分，以获得性能更好的复合材料。添加无机组分的作用是：(1)提高金属与杂化涂层之间的附着力；(2)用作金属预处理的粘附促进剂；(3)改善聚合物，使杂化涂料达到疏水性能、提高交联密度等综合性能。有机-无机复合材料的防腐性能主要取决于树脂的含量和无机组分硅的含量和粒径大小。有机组分通常以环氧树脂为前驱体，无机组分通常以二氧化硅为无机硅前驱体。如何将有机组分和无机组分更好的相结合制备出性能更加优异的防腐材料是研究者关注的重点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，通过选择合适的有机组分和无机组分结合在一起，使所制备的复合材料具有良好的腐蚀效果。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
6.a)组分a的制备
7.按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液70-80份、分散润湿剂0.5-2份、消泡剂0.5-1份以及水5-10份加入分散罐中，在500-800r/min下分散10-30分钟，得到混合物i；然后在200-300r/min下搅拌中，将填料50-60份加入到混合物i中，在1000-1500r/min下分散20-40分钟，分散完毕后，得到组分a；
8.有机-无机环氧树脂乳液包括由环氧树脂、改性纳米二氧化硅在乙二醇单丁醚和乙醇混合液为溶剂的体系中通过滴加2,2-二羟甲基丙酸发生开环反应制得；
9.b)组分b的制备
10.按重量份数将固化剂70-100份、促进剂0.5-2份、防沉剂1-3份加入分散罐中，在500-800r/min下分散5-10分钟，即可得到组分b；
11.c)制备复合材料
12.由组分a、组分b以100：15-30的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。
13.优选的，环氧树脂、改性纳米二氧化硅、乙二醇单丁醚、乙醇和2,2-二羟甲基丙酸的质量比为80～120：25～40：5～8：2～4：13～17。
14.优选的，改性纳米二氧化硅的制备：在二氧化硅粉体中加入无水乙醇和去离子水制得悬浮液，将硅烷偶联剂与甲基丙烯酸甲酯混合，然后在碱性条件下缓慢的滴入悬浮液中，升至50～90℃，于5000～10000r/min分散2～3h，降至室温，制得改性纳米二氧化硅悬浮液。
15.优选的，二氧化硅粉体、硅烷偶联剂、甲基丙烯酸甲酯的比例为20:1-4:1-4。
16.优选的，硅烷偶联剂为kh560或z-6040。
17.优选的，填料为石墨烯磁性填料。
18.优选的，石墨烯磁性填料的制备：将1-10份石墨烯分散在1-100份的水中，添加1-5份的非离子型表面活性剂，调节ph为9-11，然后加入1-100份磁性材料，高速搅拌10-30min，然后利用乳化泵乳化30-60min，干燥，获得石墨烯磁性填料的混合物。
19.优选的，磁性填料为铁磁性物质和亚铁磁性物质中的一种或多种。
20.优选的，非离子型表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇及其衍生物中的一种或者多种的组合。
21.优选的，分散润湿剂选用聚羧酸盐或聚乙烯醇。
22.优选的，防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡浆中的任意一种或多种混合而成。
23.优选的，消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的任意一种或多种混合而成。
24.优选的，固化剂为固化剂为柠檬酸类固化剂、山梨酸、氨基萘二磺酸和酒石酸中一种或多种。
25.优选的，促进剂为改性氯化聚丙烯。
26.本发明的有益效果：
27.(1)本发明以有机-无机环氧树脂乳液和固化剂为成膜物质，制备的涂料可耐受中低浓度的无机酸、碱；有机酸、碱；防腐蚀性能优异，环保无污染。
28.(2)通过偶联剂改性纳米二氧化硅粉体，提高纳米二氧化硅表面交联基团数量，提高纳米二氧化硅在环氧树脂中的分散性能，增强环氧树脂的韧性和粘结强度，通过调节改性纳米二氧化硅加量，控制有机无机复合材料的耐温性能、力学性能、附着力、以及耐腐蚀性能。
29.(3)磁性填料负载在石墨烯的片层上，通过石墨烯与磁性填料的共价键合，使制得的有机无机复合材料具有优异的导电性能，从而进一步的提高复合材料的耐腐蚀性。
30.下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
31.下面结合实施例，对本发明进一步描述，实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
32.制备改性纳米二氧化硅：在二氧化硅粉体中加入无水乙醇和去离子水制得悬浮液，将硅烷偶联剂kh560与甲基丙烯酸甲酯混合，然后在碱性条件下(ph＝8)缓慢的滴入悬浮液中，升至70℃，于6000r/min分散3h，降至室温，制得改性纳米二氧化硅悬浮液。
33.制备石墨烯磁性填料：将5份石墨烯分散在50份的水中，添加3份的聚乙烯吡咯烷酮，调节ph为10，然后加入50份铁磁性物质，高速搅拌30min，然后利用乳化泵乳化50min，干燥，获得石墨烯磁性填料的混合物。
34.制备有机-无机环氧树脂乳液：环氧树脂、改性纳米二氧化硅加入到乙二醇单丁醚和乙醇混合液中，然后滴加2,2-二羟甲基丙酸进行开环反应，制得有机-无机环氧树脂乳液。环氧树脂、改性纳米二氧化硅、乙二醇单丁醚、乙醇和2,2-二羟甲基丙酸的质量比为100：30：6：3：15。
35.实施例1
36.a)组分a的制备
37.按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液70份、分散润湿剂0.5份、消泡剂0.5份以及水5份加入分散罐中，在500r/min下分散20分钟，得到混合物i；然后在200r/min下搅拌中，将填料50份加入到混合物i中，在1000r/min下分散40分钟，分散完毕后，得到组分a；
38.b)组分b的制备
39.按重量份数将固化剂70份、促进剂0.5份、防沉剂1份加入分散罐中，在500r/min下分散8分钟，即可得到组分b；
40.c)制备复合材料
41.由组分a、组分b以100：15的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。
42.实施例2
43.a)组分a的制备
44.按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液75份、分散润湿剂1份、消泡剂0.8份以及水8份加入分散罐中，在600r/min下分散20分钟，得到混合物i；然后在250r/min下搅拌中，将填料50份加入到混合物i中，在1000r/min下分散30分钟，分散完毕后，得到组分a；
45.b)组分b的制备
46.按重量份数将固化剂80份、促进剂1份、防沉剂2份加入分散罐中，在600r/min下分散10分钟，即可得到组分b；
47.c)制备复合材料
48.由组分a、组分b以100：15的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。
49.实施例3
50.a)组分a的制备
51.按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液75份、分散润湿剂1份、消泡剂0.8份以及水8份加入分散罐中，在600r/min下分散20分钟，得到混合物i；然后在250r/min下搅拌中，将填料50份加入到混合物i中，在1000r/min下分散30分钟，分散完毕后，得到组分a；
52.b)组分b的制备
53.按重量份数将固化剂80份、促进剂1份、防沉剂2份加入分散罐中，在600r/min下分散10分钟，即可得到组分b；
54.c)制备复合材料
55.由组分a、组分b以100：20的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。
56.实施例4
57.a)组分a的制备
58.按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液75份、分散润湿剂1份、消泡剂0.8份以及水8份加入分散罐中，在600r/min下分散20分钟，得到混合物i；然后在250r/min下搅拌中，将填料50份加入到混合物i中，在1000r/min下分散30分钟，分散完毕后，得到组分a；
59.b)组分b的制备
60.按重量份数将固化剂80份、促进剂1份、防沉剂2份加入分散罐中，在600r/min下分散10分钟，即可得到组分b；
61.c)制备复合材料
62.由组分a、组分b以100：30的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。
63.性能测试：
64.将实施例1-4得到的复合材料涂敷在铁板上(正反面、侧面全涂)，涂覆厚度100μm，测试耐腐蚀性能，如表1所示。
65.表1耐腐蚀性能测试结果
[0066][0067]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)组分a的制备按重量份数将有机-无机环氧树脂乳液70-80份、分散润湿剂0.5-2份、消泡剂0.5-1份以及水5-10份加入分散罐中，在500-800r/min下分散10-30分钟，得到混合物i；然后在200-300r/min下搅拌中，将填料50-60份加入到混合物i中，在1000-1500r/min下分散20-40分钟，分散完毕后，得到组分a；有机-无机环氧树脂乳液由环氧树脂、改性纳米二氧化硅在乙二醇单丁醚和乙醇混合液为溶剂的体系中通过滴加2,2-二羟甲基丙酸发生开环反应制得；b)组分b的制备按重量份数将固化剂70-100份、促进剂0.5-2份、防沉剂1-3份加入分散罐中，在500-800r/min下分散5-10分钟，即可得到组分b；c)制备复合材料由组分a、组分b以100：15-30的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料。2.根据权利要求1所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：环氧树脂、改性纳米二氧化硅、乙二醇单丁醚、乙醇和2,2-二羟甲基丙酸的质量比为80～120：25～40：5～8：2～4：13～17。3.根据权利要求1所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，改性纳米二氧化硅的制备：在二氧化硅粉体中加入无水乙醇和去离子水制得悬浮液，将硅烷偶联剂与甲基丙烯酸甲酯混合，然后在碱性条件下缓慢的滴入悬浮液中，升至50～90℃，于5000～10000r/min分散2～3h，降至室温，制得改性纳米二氧化硅悬浮液。4.根据权利要求3所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：二氧化硅粉体、硅烷偶联剂、甲基丙烯酸甲酯的比例为20:1-4:1-4。5.根据权利要求3所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：硅烷偶联剂为kh560或z-6040。6.根据权利要求1所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：填料为石墨烯磁性填料。7.根据权利要求6所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，石墨烯磁性填料的制备：将1-10份石墨烯分散在1-100份的水中，添加1-5份的非离子型表面活性剂，调节ph为9-11，然后加入1-100份磁性材料，高速搅拌10-30min，然后利用乳化泵乳化30-60min，干燥，获得石墨烯磁性填料的混合物。8.根据权利要求7所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：磁性填料为铁磁性物质和亚铁磁性物质中的一种或多种。9.根据权利要求7所述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于：非离子型表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇及其衍生物中的一种或者多种的组合。

技术总结
本发明公开了一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，由组分A、组分B以100：15-30的质量比混合，搅拌均匀后制得有机-无机复合材料，组分A包括有机-无机环氧树脂乳液70-80份、分散润湿剂0.5-2份、消泡剂0.5-1份、水5-10份和填料50-60份，组分B包括固化剂70-100份、促进剂0.5-2份、防沉剂1-3份。本发明采用上述的一种防腐蚀用有机-无机复合材料的制备方法，通过选择合适的有机组分和无机组分结合在一起，使所制备的复合材料具有良好的腐蚀效果。使所制备的复合材料具有良好的腐蚀效果。


技术研发人员：康昆勇 邓书端 朱刚 董春雷 夏炎
受保护的技术使用者：西南林业大学
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/7/25