[发明专利]一种纳米ZrO2/有机硅金属防腐涂层的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米ZrO₂/有机硅金属防腐涂层的制作方法，可用于制备纳米杂化防腐材料或涂层，属于有机/无机复合功能材料领域。

背景技术

金属的腐蚀遍及国民经济各个领域，给国民经济带来了巨大的损失。在中国，由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上，占国民生产总值的4％。

长期以来，人们采用多种技术对金属加以保护，防止腐蚀的发生。最传统的方法就是电镀技术，能够赋予产品高硬度、高装饰性和优良的耐化学腐蚀性能，但是对环境造成了严重的污染。另一种防腐最有效、最常用的方法是在金属表面涂覆防腐蚀涂层。目前，国内外对防腐涂料进行了大量的研究，防腐体系有无机体系、有机体系以及有机无机复合体系。纳米无机体系，大多包括氧化硅、氧化钛、氧化锆等；有机聚合物，包括环氧树脂、有机硅聚合物等。众所周知，单纯的无机体系或者有机体系，均存在一定的缺陷，如无机涂层的易脆裂，力学性能和柔韧性差等，有机涂层的硬度低，热稳定性和化学稳定性差等，而有机无机复合涂料，兼具有机材料、无机材料和纳米材料的综合性质，对金属材料的防腐功能具有更多的作用。

国外对用于金属防腐的有机无机复合涂层的研究较多采用纳米无机溶胶与有机硅单体复合，制备网络状的纳米复合涂层，具有较好的防腐能力。例如，Metroke等人采用SiO₂溶胶与有机硅单体进行复合，加入光催化剂用于光固化。所得涂层无缺陷厚达23μm，有极好的物理阻隔性能和防腐蚀性能。此外，还有ZrO₂/KH570(KH570：γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷体系)、ZrO₂-TEOS-KH560(KH560：γ-环氧丙基醚基三甲氧基硅烷体系)、SiO₂-vinylpolymer体系等。在国内，对金属表面防腐涂层的研究较少，而且也都集中在纳米复合有机硅体系，例如哈尔滨工业大学的尤宏等人，采用乙烯基三甲氧基硅烷、KH570和KH560三种硅烷偶联剂为前驱体，制备了正硅酸乙酯(TEOS)改性的有机-无机杂化膜。研究表明乙烯基三甲氧基硅烷改性纳米硅溶胶的杂化涂层具有较强的耐腐蚀能力。相比而言，国内的纳米杂化防腐涂层研究水平与国外还存在一定的差距，而且国内外的防腐杂化涂层，普遍存在硬度低的特点。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种纳米ZrO₂/有机硅金属防腐涂层的制备方法，其采用硬度高的ZrO₂作为纳米无机溶胶组成成分，并且选择含有刚性基团的有机硅单体，制备防腐能力强、硬度高、涂层厚实的纳米杂化防腐涂层。

本发明的制作方法包括如下步骤：

常温下，在三口烧瓶中依次加入抑制剂、醇和锆醇盐，机械搅拌均匀，在剧烈搅拌的条件下，缓慢滴加醇、去离子水和酸的混合溶液，搅拌反应10min～40h，得到纳米ZrO₂溶胶。同时，在另外一个三口烧瓶中，加入有机硅单体和醇，机械搅拌均匀，然后滴加醇、去离子水和酸的混合溶液，搅拌反应0.5～70h，得到无色透明的有机硅前驱体。然后，将有机硅前驱体缓慢滴加到纳米ZrO₂溶胶中，继续搅拌反应1～80h，得到纳米ZrO₂/有机硅金属防腐溶胶，采用成膜手段在金属表面镀膜，并经过低温加热固化，得到纳米ZrO₂/有机硅金属防腐涂层。涂层固化温度为70～110℃，固化时间为10min～4h。

在纳米ZrO₂溶胶的制备中，所述锆醇盐为正丁醇锆、异丙醇锆、正丙醇锆的其中一种，其重量比例为5％～80％；所述抑制剂为乙酰丙酮，其重量比例为0.2％～10％；所述去离子水的重量比例为0.01％～10％；所述醇为与锆醇盐相对应的醇，例如，如采用正丁醇锆，则醇采用正丁醇，其重量比例为10％～90％。添加的酸为甲酸、醋酸、硫酸、磷酸、硝酸中的任意一种，其重量比例为0.001％～5％。