專利名稱：一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機納米防腐涂料的制備方法，特別是涉及一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法。使用了一種具有特殊結(jié)構(gòu)的納米級介孔二氧化鈦顆粒(其具有雙重納米結(jié)構(gòu)，即納米級顆粒尺寸和納米級的介孔結(jié)構(gòu))與納米層狀材料(有機蒙脫土)的防腐涂料的制備方法。
背景技術：
金屬材料的使用越來越廣泛，金屬及其構(gòu)件的腐蝕問題已遍及及國民經(jīng)濟 的各個領域，給人類社會造成了巨大損失。為了減少腐蝕的損失，人們采取了很多防護措施，但迄今為止最普通、最經(jīng)濟、最實用的保護措施還是涂料保護。隨著納米材料科學的不斷進步，納米復合涂料的優(yōu)異特性日益引起人們的重視。根據(jù)納米粒子所具有的納米尺寸效應和巨大的比表面積特性，將納米粒子均勻分散在傳統(tǒng)的防腐涂料中制成納米復合涂料，可以大大提高防腐涂料的優(yōu)異性能。由于納米二氧化鈦具有特殊的光催化性能、超親水性、屏蔽紫外線性能，將其應用到涂料并使其在涂料中保持納米級狀態(tài)，可以改善現(xiàn)有涂料耐候性差、易沾污等缺點。如在丙烯酸涂料中添加納米TiO2或納米ZnO濃縮漿，則既使涂層機械性能改善的同時，又可屏蔽99%紫外線。利用高溫、高壓研磨制成Ti納米聚合物，作為填料加入樹脂中制成防腐防垢涂料，在勝利油田等單位已經(jīng)得到應用，有效保護了生產(chǎn)設備。如授權(quán)專利ZL200410027622. X中公布的是使用納米二氧化鈦/納米銀涂料及其制備方法。蒙脫土是膨潤土的主要成分，由于它在溶劑中具有驚人的膨脹能力和觸變效應，因此它有被用作涂料中的增稠劑。如在美國專利USP4473407公開了一種用膨潤土作為流變改性劑。大多數(shù)申報專利和已公開的國內(nèi)外文獻資料中使用的都是單獨添加納米級顆粒尺寸的實心二氧化鈦或者層狀結(jié)構(gòu)的有機蒙脫土，但由于納米材料非常細小，它的比表面積大，表面自由能高，分子間引力和靜電引力也相當高，因此納米粒子極易團聚，即使利用砂磨、高速攪拌等方法使納米粒子分散在涂料中，也會發(fā)生團聚現(xiàn)象，失去納米材料應有的作用，如何將其分散到基料之中，是納米材料在涂料中應用的關鍵技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料及其制備方法，能有效改善納米粒子在涂料中得分散性以及提高無機納米粒子與有機基體間相容性，提高防腐性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的
一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，所述納米介孔二氧化鈦，以表面活性劑為模板劑，利用溶膠一凝膠乳化或微乳化過程，通過有機物和無機物之間的界面作用進行合成；形狀以規(guī)則球形為主，平均粒徑為60 IOOnm ;孔道為規(guī)則有孔道或無規(guī)則有孔道結(jié)構(gòu)，孔徑為10 50nm ;其制備過程如下
a取100-200份水和100-200份水性環(huán)氧樹脂，加入0. 3-1份消泡劑，50-100份增塑齊U，機械攪拌均勻；
b取5-10份納米介孔二氧化鈦填料，5-10份有機蒙脫土加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散l_2h，即得防腐涂料的母液；
c取25-50份水性固化劑與50-100份水混合均勻； d將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3-4 1的比例混合即可。所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，所述的水性環(huán)氧樹脂為E44環(huán)氧乳液、E51環(huán)氧乳液、E20環(huán)氧乳液。所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，所述的水性固化劑為 W651、W650。所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，所述的消泡劑為氧化乙烯低聚物或甲基硅油。所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，所述的增塑劑
為鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸辛酯。一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，該方法還包括以下過程取100份水和200份水性環(huán)氧樹脂，加入I份消泡劑，50份增塑劑，機械攪拌均勻；取5份納米介孔二氧化鈦填料，5份有機蒙脫土填料，加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散2h,即得防腐涂料的母液；取50份水性固化劑與100份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3. 5 :1的比例混合即可得高防腐的涂層。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
I本發(fā)明提供一種添加量小的納米介孔二氧化鈦和有機蒙脫土腐涂料的制備方法，其制備過程是在常溫、常壓下進行，不需添加新的設備，工藝簡單，生產(chǎn)成本低。2本發(fā)明防腐涂層的制備過程中，水性防腐涂料配方對環(huán)境沒有污染，屬于綠色環(huán)保涂料。3本發(fā)明的納米復合涂料可以常溫固化，施工方便，可以噴涂、刷涂、滾涂、涂層厚度可根據(jù)需要任意調(diào)整。


圖I納米網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的模型示意 圖2納米介孔二氧化鈦的N2吸附-脫附曲線 圖3A不銹鋼材料納米防腐涂層處理后經(jīng)鹽霧試驗500h后的照片；
圖3B單獨添加納米介孔二氧化鈦顆粒防腐涂層經(jīng)鹽霧試驗500h后的照片；
圖3C單獨添加有機蒙脫土防腐涂層經(jīng)鹽霧試驗500h后的照片；
圖3D同時添加有機蒙脫土與納米介孔二氧化鈦防腐涂層經(jīng)鹽霧試驗500h后的照片。注本發(fā)明的附圖為狀態(tài)分析示意圖或照片，圖中文字或影像不清晰并不影像對本發(fā)明技術方案的理解。
具體實施方案
下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明。本發(fā)明提出的使用納米介孔二氧化鈦是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的二氧化鈦顆粒(其具有雙重納米結(jié)構(gòu)，即納米級顆粒尺寸和納米級的介孔結(jié)構(gòu))，與傳統(tǒng)專利與文獻中報道的實心的納米二氧化鈦是有差別的。本發(fā)明的目的在于將蒙脫土作為納米粒子的改性劑，使得粒子間的自聚作用降低，并以納米顆粒的形式均勻地分散在涂料中，與納米級多孔的二氧化鈦產(chǎn)生協(xié)同效應。充分發(fā)揮納米效應，使得制得的涂料與底材有更好的附著力，同時提高防腐性能。介孔二氧化鈦以表面活性劑為模板，利用溶膠-凝膠乳化或微乳化等化學過程，通過有機物和無機物之間的界面作用進行合成。對于有孔道的單分散的納米級介孔二氧化鈦，代替實心結(jié)構(gòu)的納米粒子作為無機填料，其具有雙重納米結(jié)構(gòu)，即納米級顆粒尺寸和納米級的介孔結(jié)構(gòu)，由于具有獨特的孔道結(jié)構(gòu)，聚合物分子鏈可以進入到孔道中去，延伸到介孔孔口處的有機高分子鏈可與聚合物基體產(chǎn)生較強的界面相互作用，增加兩者的相容性和防止納米粒子在樹脂基體中的團聚。片層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土與球形的介孔二氧化鈦顆粒對基體樹脂產(chǎn)生協(xié)同效應，同時形成納米網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)(如圖I)。實施例I
納米介孔二氧化鈦的合成采用溶膠-凝膠法，從圖2 (a)，(b)顯示介孔Ti02的最可幾孔徑為13. 3 nm,比表面積為165m2/g，孔容為0. 4 ml. g-1 (由N2吸附-脫附測試給出)。實施例2 (未加入任何的納米填料)
防腐涂料的制備
1)取100份水性環(huán)氧樹脂和100份水，加入0.6份氧化乙烯低聚物，70份鄰苯二甲酸二丁酯，機械攪拌均勻；
2)取50份水性固化劑與100份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按4 1的比例混合涂覆在經(jīng)處理好的鋼板上，控制厚度在35-200um，室溫固化。固化后的涂片四周封臘處理后，放入鹽霧箱中，500h后取出，拍照片。由鹽霧照片可看出純環(huán)氧樹脂涂層經(jīng)過500h，涂層表面已經(jīng)出現(xiàn)了銹蝕點，腐蝕嚴重(圖3A)。實施例3 (按重量百分比計，單獨添加納米介孔二氧化鈦顆粒)
1)取150份水性環(huán)氧樹脂和150份水，加入0.3份甲基硅油，60份鄰苯二甲酸辛酯，機械攪拌均勻；
2)取10份納米介孔二氧化鈦分子篩填料，加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散
I.5h。取35份水性固化劑與75份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3. 5 :1的比例混合涂覆在經(jīng)處理好的鋼板上，控制厚度在35-200um，室溫固化即可。固化后的涂片四周封臘處理后，放入鹽霧箱中，500h后取出，拍照片。由鹽霧照片(圖3B)可看出單獨加入納米介孔二氧化鈦的環(huán)氧樹脂涂層經(jīng)過500h，涂層表面要明顯好于未加入任何納米填料的涂層，表面僅出現(xiàn)少量的腐蝕斑點。實施例4 (按重量百分比計，單獨添加有機蒙脫土)
1)取150份水性環(huán)氧樹脂和150份水，加入0.3份甲基硅油，60份鄰苯二甲酸辛酯，機械攪拌均勻；
2)取10份有機蒙脫土填料，加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散I.5h。取35份水性固化劑與75份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3. 5 :1的比例混合涂覆在經(jīng)處理好的鋼板上，控制厚度在35-200um，室溫固化即可。由鹽霧照片(圖3C)可看出單獨加入有機蒙脫土的環(huán)氧樹脂涂層經(jīng)過500h，涂層表面要稍微好于未加入任何納米填料的涂層，但表面出現(xiàn)部分的腐蝕斑點。實施例5 (按重量百分比計，同時添加有機蒙脫土與納米介孔二氧化鈦)
1)取100份水性環(huán)氧樹脂和100份水，加入0.6份氧化乙烯低聚物，70份鄰苯二甲酸二丁酯，機械攪拌均勻；
2)取5份納米介孔二氧化鈦分子篩，8份有機蒙脫土填料，加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散lh。取50份水性固化劑與100份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按4 :1的比例混合涂覆在經(jīng)處理好的鋼板上，控制厚度在35-200um，室溫固化。
由鹽霧照片(圖3D)可看出同時加入有機蒙脫土與納米介孔二氧化鈦的環(huán)氧樹脂涂層經(jīng)過500h，涂層表面也要明顯好于單獨加入有機蒙脫土，單獨加入納米介孔二氧化鈦的涂層，表面未出現(xiàn)任何腐蝕斑點，充分的顯現(xiàn)出兩種不同形狀納米粒子對環(huán)氧樹脂涂層表現(xiàn)出的協(xié)同作用。
權(quán)利要求
1.一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于所述納米介孔二氧化鈦，以表面活性劑為模板劑，利用溶膠一凝膠乳化或微乳化過程，通過有機物和無機物之間的界面作用進行合成；形狀以規(guī)則球形為主，平均粒徑為60 IOOnm ;孔道為規(guī)則有孔道或無規(guī)則有孔道結(jié)構(gòu)，孔徑為10 50nm ;其制備過程如下 a取100-200份水和100-200份水性環(huán)氧樹脂，加入0. 3-1份消泡劑，50-100份增塑齊U，機械攪拌均勻； b取5-10份納米介孔二氧化鈦填料，5-10份有機蒙脫土加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散l_2h，即得防腐涂料的母液； c取25-50份水性固化劑與50-100份水混合均勻； d將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3-4 1的比例混合即可。
2.按權(quán)利要求I所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于所述的水性環(huán)氧樹脂為E44環(huán)氧乳液、E51環(huán)氧乳液、E20環(huán)氧乳液。
3.按權(quán)利要求I所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于所述的水性固化劑為W651、W650。
4.按權(quán)利要求I所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于所述的消泡劑為氧化乙烯低聚物或甲基硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸辛酯。
6.一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，其特征在于該方法還包括以下過程取100份水和200份水性環(huán)氧樹脂，加入I份消泡劑，50份增塑劑，機械攪拌均勻；取5份納米介孔二氧化鈦填料，5份有機蒙脫土填料，加入以上樹脂體系中，在球磨機中分散2h，即得防腐涂料的母液；取50份水性固化劑與100份水混合均勻；將防腐涂料的母液與稀釋好的水性固化劑按3. 5 1的比例混合即可得高防腐的涂層。
全文摘要
一種納米介孔二氧化鈦/有機蒙脫土防腐涂料的制備方法，涉及一種有機納米防腐涂料的制備方法，納米介孔二氧化鈦，以表面活性劑為模板劑，利用溶膠－凝膠乳化或微乳化過程，通過有機物和無機物之間的界面作用進行合成；以規(guī)則球形為主，平均粒徑為60～100nm；孔道為規(guī)則有孔道或無規(guī)則有孔道結(jié)構(gòu)，孔徑為10～50nm；具有特殊結(jié)構(gòu)的納米級介孔二氧化鈦顆粒(其具有雙重納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明將納米多孔二氧化鈦材料與納米雜化材料引入到防腐涂料體系，能克服現(xiàn)有納米填料在有機基體中的分散困難和納米填料與有機基體間相容性差的缺點，使兩者發(fā)揮協(xié)同效應，解決目前納米防腐涂料中普遍存在的防腐周期短，大大提高了防腐涂料的優(yōu)異性能。
文檔編號C09D163/00GK102676023SQ20121010935
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者亢萍, 張丹, 張靜, 王娜 申請人:沈陽化工大學