技术领域
[0001] 本
发明属于重防腐涂料领域,尤其涉及一种新型纳米钛粉/
环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着科技进步金属材料大量生产及使用,
腐蚀问题严重威胁这众多相关行业的发展,严重阻碍了在苛刻环境下如新兴海洋工程、
能源工业及大型工业企业大量使用金属材料的行业发展。据不完全统计表明,全世界每年因腐蚀造成的损失高达1万多亿美元,而我国每年消耗的重防腐涂料高达320多万吨,占全世界消耗量的40%以上。因此研发新型高效环保的重防腐涂料对我国国民经济及国防业的发展具有非常重要的现实意义。
[0003] 钛是一种耐蚀性耐高温非常强的金属,将钛纳米改性
聚合物加入到防腐涂料中能进一步提高涂料的重防腐性能。因此通过结构设计及工艺优化,合成出纳米钛粉/环氧树脂重防腐涂料应用性极广,经济效益也会十分显著。
发明内容
[0004] 为解决上述
现有技术的不足,本发明提供了一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法。
[0005] 本发明的技术方案:一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉0.5-3份,
固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂50份。
[0006] 进一步的,所述纳米钛粉是在氢气氛围下加热使金属钛发生氢脆,颗粒直径约为50nm。
[0007] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏
水进行清洗、过滤并离心,而后利用
真空烘箱在一定
温度下进行烘干处理;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,按照一定加热工艺,对钛粉进行加热使其氢气气氛下发生氢脆;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,按照一定的砂磨工艺,将氢脆后的粉体进行砂磨处理,而后将砂磨后的粉体进行清洗、过滤并离心,并利用真空烘箱在一定温度下进行烘干;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,即得到氢脆后的纳米钛粉;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和
硅烷
偶联剂按照一定比例置于无水
乙醇中,分别超声分散和磁
力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉;
步骤四:
而后将一定
质量的表面修饰后的
纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂(EP)内,持续搅拌一段时间后,加入促进剂、促进剂和固化剂持续搅拌,最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0008] 进一步的,步骤一所述对普通钛粉离心的条件是:转速为8000 r/min,离心时间是5 min。
[0009] 进一步的,步骤一所述气氛炉加热工艺为:在氢气的气氛下,气氛炉的具体加热工艺为:第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至550-650 °C,保温240min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。
[0010] 进一步的,步骤二所述氢脆后的粉体砂磨工艺为:首先设置砂磨机转速为1000 r/min,砂磨1h,而后将砂磨机转速升高至3000r/min,砂磨2h。
[0011] 进一步的,步骤二所述粉体的脱氢工艺为:在氩气气氛下,第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至650-750 °C,保温240 min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。
[0012] 进一步的,步骤三制得的所述纳米粉体、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量体积比为5-10 g:50 ml:1-2 ml;硅烷偶联剂选择KH550、KH560、KH570中的一种或多种,但不限以上提供的几种。
[0013] 进一步的,步骤四所述环氧树脂为E-51型酚基丙烷聚酯树脂、E-44型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、Novolac环氧树脂其中的一种,固化剂为脂肪族、脂环族中的一种,所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑,助剂为:催干剂、抗结皮剂、
流平剂、消泡剂或
增稠剂的一种或多种组合。
[0014] 本发明的有益效果:一、本发明从设计和调控金属材料脆化条件、外场及纳米砂磨过程中的转速、时间,实现对金属分散相的尺寸因子和形貌的控制,制备得到大小和形状规则的纳米
金属粉末;钛纳米颗粒在聚合物中可以发挥
纳米材料的体积效应、表面效应、耐腐蚀效应及耐高温特性。
钛纳米改性聚合物能够有效的填充涂层中的“微孔”,增加涂层与基体界面间的
附着力,因而可以极大的提高涂层防腐性能。
[0015] 二、本发明制备方法工艺及所需设备简单,成本低廉,环保无污染、容易推广实施。
附图说明
[0016] 图1为
实施例3制得的3 wt.% Ti@EP重防腐涂料断面扫描电镜图;图2为实施例3、4和5制得的重防腐涂料的XRD物
相图。
具体实施方式
[0017] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行
修改或者等同替换,而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保护范围中。
[0018] 实施例1一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉0.5-3份,固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂50份。
[0019] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏水进行清洗、过滤并离心,而后利用真空烘箱在一定温度下进行烘干处理;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,按照一定加热工艺,对钛粉进行加热使其氢气气氛下发生氢脆;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,按照一定的砂磨工艺,将氢脆后的粉体进行砂磨处理,而后将砂磨后的粉体进行清洗、过滤并离心,并利用真空烘箱在一定温度下进行烘干;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,即得到氢脆后的纳米钛粉;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和硅烷偶联剂按照一定比例置于无水乙醇中,分别超声分散和磁力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉;
步骤四:
而后将一定质量的表面修饰后的纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂内,持续搅拌一段时间后,加入促进剂和固化剂持续搅拌,最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0020] 实施例2一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉0.5-3份,固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂50份。
[0021] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,其特征在于所述制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤后在转速为8000 r/min的条件下,离心5 min,而后利用真空烘箱在80 °C烘干12 h。;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,气氛炉的具体加热工艺为:第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至550-650 °C,保温
240min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,在转速为1000 r/min时砂磨
1h,而后将砂磨机转速升高至3000r/min,砂磨2h,而后将砂磨后的粉体利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤并在转速为10000r/min的条件下,离心10 min,并利用真空烘箱在80 °C烘干
12 h;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,具体加热工艺为首先以5 °C/min的升温速率,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至650-750 °C,保温240 min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和硅烷偶联剂按照一定比例置于无水乙醇中,其中纳米粉体、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量体积比为5-10 g:50 ml:1-2 ml,然后超声分散和磁力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉,硅烷偶联剂选择KH550、KH560、KH570中的一种或多种,但不限以上提供的几种;
步骤四:
而后将一定质量的表面修饰后的纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂内,环氧树脂为E-51型酚基丙烷聚酯树脂、E-44型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、Novolac环氧树脂其中的一种;持续搅拌一段时间后,加入促进剂、助剂和固化剂持续搅拌,固化剂为脂肪族、脂环族中的一种,所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑,助剂为:催干剂、抗结皮剂、流平剂、消泡剂或增稠剂的一种或多种组合;最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0022] 实施例3一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉0.5份,固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂
50份。
[0023] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,其特征在于所述制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤后在转速为8000 r/min的条件下,离心5 min,而后利用真空烘箱在80 °C烘干12 h。;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,气氛炉的具体加热工艺为:第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至550-650 °C,保温
240min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,在转速为1000 r/min时砂磨
1h,而后将砂磨机转速升高至3000r/min,砂磨2h,而后将砂磨后的粉体利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤并在转速为10000r/min的条件下,离心10 min,并利用真空烘箱在80 °C烘干
12 h;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,具体加热工艺为首先以5 °C/min的升温速率,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至650-750 °C,保温240 min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和硅烷偶联剂按照一定比例置于无水乙醇中,其中纳米粉体、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量体积比为5-10 g:50 ml:1-2 ml,然后超声分散和磁力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉,硅烷偶联剂选择KH550、KH560、KH570中的一种或多种,但不限以上提供的几种;
步骤四:
而后将一定质量的表面修饰后的纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂内,环氧树脂为E-51型酚基丙烷聚酯树脂、E-44型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、Novolac环氧树脂其中的一种;持续搅拌一段时间后,加入促进剂、助剂和固化剂持续搅拌,固化剂为脂肪族、脂环族中的一种,所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑,助剂为:催干剂、抗结皮剂、流平剂、消泡剂或增稠剂的一种或多种组合;最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0024] 实施例4一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉1.5份,固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂
50份。
[0025] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,其特征在于所述制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤后在转速为8000 r/min的条件下,离心5 min,而后利用真空烘箱在80 °C烘干12 h。;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,气氛炉的具体加热工艺为:第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至550-650 °C,保温
240min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,在转速为1000 r/min时砂磨
1h,而后将砂磨机转速升高至3000r/min,砂磨2h,而后将砂磨后的粉体利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤并在转速为10000r/min的条件下,离心10 min,并利用真空烘箱在80 °C烘干
12 h;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,具体加热工艺为首先以5 °C/min的升温速率,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至650-750 °C,保温240 min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和硅烷偶联剂按照一定比例置于无水乙醇中,其中纳米粉体、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量体积比为5-10 g:50 ml:1-2 ml,然后超声分散和磁力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉,硅烷偶联剂选择KH550、KH560、KH570中的一种或多种,但不限以上提供的几种;
步骤四:
而后将一定质量的表面修饰后的纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂内,环氧树脂为E-51型酚基丙烷聚酯树脂、E-44型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、Novolac环氧树脂其中的一种;持续搅拌一段时间后,加入促进剂、助剂和固化剂持续搅拌,固化剂为脂肪族、脂环族中的一种,所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑,助剂为:催干剂、抗结皮剂、流平剂、消泡剂或增稠剂的一种或多种组合;最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0026] 实施例5一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,所述低填充含量下制备的重防腐涂料中纳米钛粉0份,固化剂20-30份、促进剂0.03-0.05份、助剂1-10份、环氧树脂50份。
[0027] 一种新型纳米钛粉/环氧树脂基重防腐涂料及其制备方法,其特征在于所述制备方法步骤如下:步骤一:
首先将购买的普通钛粉(微米级以上尺寸)利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤后在转速为8000 r/min的条件下,离心5 min,而后利用真空烘箱在80 °C烘干12 h。;然后将钛粉在刚玉板上摊成薄薄的一层置于气氛炉内,在氢气气氛下,气氛炉的具体加热工艺为:第一步以5 °C/min,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至550-650 °C,保温
240min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤二:
将步骤一中冷却至室温的钛粉置于纳米砂磨机的容器中,在转速为1000 r/min时砂磨
1h,而后将砂磨机转速升高至3000r/min,砂磨2h,而后将砂磨后的粉体利用蒸馏水进行清洗3-5次、过滤并在转速为10000r/min的条件下,离心10 min,并利用真空烘箱在80 °C烘干
12 h;而后将粉体在刚玉板上摊成薄薄的一层并置于气氛炉内,而后在氩气气氛下加热使粉体脱氢后,具体加热工艺为首先以5 °C/min的升温速率,从室温升至150 °C,保温120 min,第二步以3 °C/min升温至650-750 °C,保温240 min,第三步在氢气气氛下自然冷却至室温。;
步骤三:
将步骤二得到的纳米钛粉和硅烷偶联剂按照一定比例置于无水乙醇中,其中纳米粉体、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量体积比为5-10 g:50 ml:1-2 ml,然后超声分散和磁力搅拌一段时间后过滤烘干,即得到表面修饰的纳米钛粉,硅烷偶联剂选择KH550、KH560、KH570中的一种或多种,但不限以上提供的几种;
步骤四:
而后将一定质量的表面修饰后的纳米粉体加入在一定温度下电动搅拌的环氧树脂内,环氧树脂为E-51型酚基丙烷聚酯树脂、E-44型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、Novolac环氧树脂其中的一种;持续搅拌一段时间后,加入促进剂、助剂和固化剂持续搅拌,固化剂为脂肪族、脂环族中的一种,所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑,助剂为:催干剂、抗结皮剂、流平剂、消泡剂或增稠剂的一种或多种组合;最后通过涂膜和固化处理,即得环氧树脂基重防腐涂料。
[0028] 图1为实施例4制得的纳米钛粉掺杂含量为3 wt.%的环氧树脂基重防腐涂料断面扫描电镜图,从图中可以看出,纳米钛粉在环氧树脂内均匀分布,没有明显的团聚和
缺陷存在,同时无机颗粒与环氧树脂基体具有较高的相容性,两相界面出没有空隙存在。
[0029] 图2为实施例3、4和5制得的Ti、1wt.% Ti@EP、3wt.% Ti@EP和EP材料的XRD物相图,从图中可以看出,随着纳米Ti粉的填充,环氧树脂基重防腐涂料中Ti的特征衍射锋愈加明显,同时也可看出,Ti的引入没有破坏环氧树脂的基本物理结构,两相仅为物理混合。