一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米顆粒的制備方法，具體涉及一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油、天然氣等儲(chǔ)層資源的開發(fā)、開采、輸送、儲(chǔ)備過(guò)程中，為了避免產(chǎn)物中的腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬設(shè)備造成的破壞，導(dǎo)致設(shè)備穿孔及產(chǎn)生裂縫，人們常對(duì)其表面進(jìn)行防腐涂層保護(hù)，以提高設(shè)備的使用年限，降低因產(chǎn)物泄漏對(duì)環(huán)境造成的有害影響及經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]致密性是評(píng)價(jià)涂層防腐性能的重要指標(biāo)之一。若涂層的內(nèi)部或表面存在孔隙，腐蝕介質(zhì)易通過(guò)孔隙到達(dá)金屬基體表面，在其表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)并產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物長(zhǎng)期累積，導(dǎo)致涂層發(fā)生龜裂及脫落，以致涂層失效；同時(shí)，孔隙的存在會(huì)降低涂層與金屬之間以及涂層各層之間的結(jié)合效果，影響涂層的使用壽命。
[0004]納米顆粒作為一種體積較小、表面積較大的新型無(wú)機(jī)材料，具有異于常規(guī)材料的高強(qiáng)度、高韌性、高熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良性能。將其部分替代傳統(tǒng)的非納米級(jí)填料加入涂料中，不僅能夠降低成本，更能有效提高涂層致密性及耐腐蝕性能，改善涂層的耐磨性及機(jī)械性能。然而，目前市場(chǎng)上并沒(méi)有一種專門針對(duì)涂料用納米顆粒制備的具體方法，為納米涂料的發(fā)展提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，通過(guò)調(diào)整母液體系的酸堿度控制納米顆粒的粒徑大小，從而實(shí)現(xiàn)涂料制備過(guò)程中納米顆粒的多級(jí)復(fù)配，以提高納米涂層的致密性及防腐性能。同時(shí)，在納米顆粒的制備過(guò)程中添加改性劑娃燒偶聯(lián)劑，對(duì)生成的粒子表面進(jìn)彳丁疏水化改性，提尚其在涂料中的分散性，改善其表面的物理化學(xué)性質(zhì)。
[0006]為了達(dá)到以上的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟1:在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)器、滴液漏斗、攪拌器和溫度計(jì)的四口燒瓶中加入金屬醇鹽與無(wú)水乙醇，攪拌均勻后使體系升溫至55?70°C，形成母液；所述金屬醇鹽與無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: (1.5?2);
[0009]步驟2:用lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)步驟I中母液的pH值在6?10范圍內(nèi)，滴加一定量的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度為55?70°C，攪拌反應(yīng)8?30小時(shí)，直至體系水解成均勻透明的溶膠后，陳化成凝膠；所述硅烷偶聯(lián)劑與金屬醇鹽的質(zhì)量比為(O?30):100 ；
[0010]步驟3:用無(wú)水乙醇離心洗滌步驟2的產(chǎn)物，在100?120°C下恒溫烘干，研磨至白色粉末即為納米顆粒，最后將納米顆粒置于真空干燥器中密封保存。
[0011]所述的金屬醇鹽為正硅酸乙酯TE0S。
[0012]所述的步驟3中制備的納米顆粒粒徑在20?10nm范圍內(nèi)變化。
[0013]所述的硅烷偶聯(lián)劑為二氯二甲基硅烷、KH-550或KH-570。
[0014]所述的步驟3中制得的納米顆粒的表面潤(rùn)濕接觸角在O?130°范圍內(nèi)變化。
[0015]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)通過(guò)調(diào)整母液的pH值可以實(shí)現(xiàn)納米顆粒粒徑的可控性；通過(guò)改變硅烷偶聯(lián)劑的加量可制得表面潤(rùn)濕程度不同的納米顆粒。
[0017](2)由于合成過(guò)程中均有氮?dú)獗Ｗo(hù)且攪拌速度適宜，最終合成的納米顆粒呈粒徑均勻的球狀。
[0018](3)所使用的合成方法能耗小、成本低、操作簡(jiǎn)單易行，適合大規(guī)模推廣使用。
[0019](4)通過(guò)不同粒徑的納米顆粒復(fù)配，可以有效的提高無(wú)機(jī)-有機(jī)納米涂層的致密性，進(jìn)一步提尚防腐涂層的耐腐蝕壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是改性前后納米顆粒表面的紅外譜圖對(duì)比示意圖。
[0021]圖2是不同粒徑納米顆粒的SEM圖，其中圖2A為顆粒平均粒徑為60nm，圖2B為顆粒平均粒徑為48nm，圖2C為顆粒平均粒徑為27nm。
[0022]圖3是納米顆粒改性前后表面疏水率測(cè)試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例一
[0025]本實(shí)施例一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成:36 %正硅酸乙酯、55 %無(wú)水乙醇、7.8 %鹽酸溶液(lmo 1/L)、1.2 %二氯二甲基硅烷。
[0026]制備本實(shí)施例的防腐涂料用納米顆粒，包括如下步驟:
[0027]步驟1:在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)器、滴液漏斗、攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中加入占所有原料質(zhì)量百分比36%的正硅酸乙酯與55%的無(wú)水乙醇，攪拌均勻后升溫至65°C。
[0028]步驟2:加入占所有原料質(zhì)量百分比7.8%、lmol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)步驟I溶液的pH值，滴加占所有原料質(zhì)量百分比1.2%的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度為65°C，攪拌反應(yīng)18小時(shí)，直至體系水解成均勻透明的溶膠后，陳化成凝膠。
[0029]步驟3:用無(wú)水乙醇離心洗滌產(chǎn)物3遍，在100°C下恒溫烘干，研磨至白色粉末，置于真空干燥器中密封保存。
[0030]該方法合成的納米顆粒平均粒徑為60nm(如圖2A所示)，顆粒粒徑均勻且分散性較好。且制備過(guò)程中添加的硅烷偶聯(lián)劑成功接枝在納米顆粒表面，使其表面具有一定疏水性，提高了其在無(wú)機(jī)-有機(jī)納米涂料中的分散性。如圖1所示為添加硅烷偶聯(lián)劑前后制備的納米顆粒的紅外譜圖對(duì)比。如圖3所示改性后的納米顆粒均具備一定的疏水親油性，其中左為未改性的納米顆粒，全部分散在水相中；右為改性后的納米顆粒，全部分散在油相中。
[0031]實(shí)施例二
[0032]本實(shí)施例一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成:36%正硅酸乙酯、55%無(wú)水乙醇、4%鹽酸溶液(lmol/L)、5%二氯二甲基硅烷。
[0033]制備本實(shí)施例的防腐涂料用納米顆粒，包括如下步驟:
[0034]步驟1:在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)器、滴液漏斗、攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中加入占所有原料質(zhì)量百分比36%的正硅酸乙酯與55%的無(wú)水乙醇，攪拌均勻后升溫至60°C。
[0035]步驟2:加入占所有原料質(zhì)量百分比4% lmol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)步驟I溶液的pH值，滴加占所有原料質(zhì)量百分比5%的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度為60°C，攪拌反應(yīng)14小時(shí)，直至體系水解成均勻透明的溶膠后，陳化成凝膠。
[0036]步驟3:用無(wú)水乙醇離心洗滌產(chǎn)物3遍，在110°C下恒溫烘干，研磨至白色粉末，置于真空干燥器中密封保存。
[0037]該方法合成的納米顆粒平均粒徑為48nm(如圖2B所示)，顆粒粒徑均勻且分散性較好。
[0038]實(shí)施例三
[0039]本實(shí)施例一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成:36%正硅酸乙酯、55%無(wú)水乙醇、2%鹽酸溶液(lmol/L)、7%二氯二甲基硅烷。
[0040]制備本實(shí)施例的防腐涂料用納米顆粒，包括如下步驟:
[0041]步驟1:在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)器、滴液漏斗、攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中加入占所有原料質(zhì)量百分比36%的正硅酸乙酯與55%的無(wú)水乙醇，攪拌均勻后升溫至55°C。
[0042]步驟2:加入占所有原料質(zhì)量百分比2% lmol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)步驟I溶液的pH值，滴加占所有原料質(zhì)量百分比7%的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度為55°C，攪拌反應(yīng)12小時(shí)，直至體系水解成均勻透明的溶膠后，陳化成凝膠。
[0043]步驟3:用無(wú)水乙醇離心洗滌產(chǎn)物3遍，在120°C下恒溫烘干，研磨至白色粉末，置于真空干燥器中密封保存。
[0044]該方法合成的納米顆粒平均粒徑為27nm(如圖2C所示)，顆粒粒徑均勻且分散性較好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)器、滴液漏斗、攪拌器和溫度計(jì)的四口燒瓶中加入金屬醇鹽與無(wú)水乙醇，攪拌均勻后使體系升溫至55?70°C，形成母液；所述金屬醇鹽與無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: (1.5?2); 步驟2:用lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)步驟I中母液的pH值在6?10范圍內(nèi)，滴加一定量的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度為55?70°C，攪拌反應(yīng)8?30小時(shí)，直至體系水解成均勻透明的溶膠后，陳化成凝膠；所述硅烷偶聯(lián)劑與金屬醇鹽的質(zhì)量比為(O?30): 100 ; 步驟3:用無(wú)水乙醇離心洗滌步驟2的產(chǎn)物，在100?120°C下恒溫烘干，研磨至白色粉末即為制得的納米顆粒，最后將納米顆粒置于真空干燥器中密封保存。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述的金屬醇鹽為正硅酸乙酯TEOS。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述的步驟3中制備的納米顆粒粒徑在20?10nm范圍內(nèi)變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述的硅烷偶聯(lián)劑為二氯二甲基硅烷、KH-550或KH-570。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述的步驟3中制得的納米顆粒的表面潤(rùn)濕接觸角在O?130°范圍內(nèi)變化。
【專利摘要】一種防腐涂料用納米顆粒的制備方法，通過(guò)調(diào)整母液體系的酸堿度控制納米顆粒的粒徑大小，從而實(shí)現(xiàn)涂料制備過(guò)程中納米顆粒的多級(jí)復(fù)配，以提高納米涂層的致密性及防腐性能；同時(shí)，在納米顆粒的制備過(guò)程中添加改性劑硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)生成的粒子表面進(jìn)行疏水化改性，提高其在涂料中的分散性，改善其表面的物理化學(xué)性質(zhì)；將此納米顆粒部分替代傳統(tǒng)的非納米級(jí)填料加入涂料中，不僅能夠降低成本，更能有效提高涂層致密性及耐腐蝕性能，改善其耐磨性及機(jī)械性能。
【IPC分類】C09D7/12, C09C1/28, C09C3/12, C09D5/08, C01B33/12
【公開號(hào)】CN105086556
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510490486
【發(fā)明人】陳曦, 王瑤, 鄧曉彬, 閆淵
【申請(qǐng)人】陳曦
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月11日