[发明专利]一种改性纤维素纳米晶及制备方法和基于改性纤维素纳米晶的防腐涂料

说明书

本发明属于防腐涂料技术领域，公开了一种改性纤维素纳米晶及制备方法和基于改性纤维素纳米晶的防腐涂料。本发明利用改性剂对纤维素纳米晶进行表面改性，基于改性纤维素纳米晶的防腐涂料包含如下质量份的组分：聚醚多元醇80～120份，异氰酸酯40～45份，改性纤维素纳米晶10～15份，催化剂1～3份，消泡剂5～12份。本发明通过对纤维素纳米晶进行表面改性，改善了其在复合材料中的分散性和疏水性，将其用于涂料中，提高了涂料的力学性能，增强了涂料的耐腐蚀性和腐蚀防护能力。

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，尤其涉及一种改性纤维素纳米晶及制备方法和基于改性纤维素纳米晶的防腐涂料。

背景技术

有机涂层广泛应用于工业中，为金属基体的腐蚀提供物理保护屏障。然而，随着时间的推移，氧气、氯化物和pH值等环境条件会破坏这些涂层，导致其长期稳定性丧失。有机涂层的防腐保护主要是在有机涂层配方中加入腐蚀性抑制剂，以改善其防腐性能。

经研究发现，纳米填料在聚氨酯中的分散程度较高，复合材料的电导率和耐蚀性均有所提高。纤维素纳米晶作为一种纳米填料，不仅是一种优良的缓蚀剂，而且具有高结晶度、表面积(250～500m²/g)、刚度(100～140GPa)、低密度、可生物降解性、可持续性和无毒性的优良特性，同时可作为增强剂应用于聚合物复合材料。然而，在聚合物复合材料涂层中使用天然纤维素纳米晶的一个主要缺点是，由于表面烃基的氢键，使其表现出很强的自结合现象，这导致粒子聚集，降低了聚合物复合材料的完整性。而且，纤维素纳米晶的晶体结构较为规整，在常规溶剂中的溶解性较差，将其与聚氨酯乳液复合，会造成乳液分散不均匀，制得的复合材料出现分层、结块的现象，严重影响材料性能。

在此基础上，对纤维素纳米晶表面进行功能化改性的技术应运而生，现有技术通常采用表面活性剂改性纤维素纳米晶，以改善纳米粒子在聚合物中的分散情况，从而增强有机涂层的缓蚀性能。例如，现有技术CN106280911A利用阳离子表面活性剂对纤维素纳米晶进行表面改性，但其制得的丙烯酸酯类复合涂料并不具有防腐性能，附着力、耐磨性、力学性能等均不能满足防腐涂料的要求。

因此，亟需提供一种由功能化改性纤维素纳米晶增强的防腐涂料，以满足防腐涂料对于力学性能、耐盐雾性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性纤维素纳米晶及制备方法和基于改性纤维素纳米晶的防腐涂料，解决现有技术提供的功能化改性纤维素纳米晶在复合涂料中不能满足防腐涂料性能要求的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性纤维素纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性剂与乙醇溶液混合，调节pH为4～6，得到改性剂溶液；

(2)将纤维素纳米晶进行酸化，得到酸化纤维素纳米晶；

(3)将酸化纤维素纳米晶、聚乙烯、硝酸铁和乙二醇溶液在50～60℃混合，然后升温进行反应，得到纤维素纳米晶分散液；

(4)将纤维素纳米晶分散液与改性剂溶液混合，在70～75℃搅拌，然后再降温至50～60℃反应，得到改性纤维素纳米晶。

优选的，在上述一种改性纤维素纳米晶的制备方法中，所述步骤(1)中改性剂为(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、(3-溴丙基)三甲氧基硅烷、氯甲基三乙氧基硅烷、聚乙烯亚胺、十六烷基四甲基溴化铵、二甲基十二烷基乙基溴化铵、丙烯腈-丁二烯橡胶和五氟苯甲酰氯中的一种或几种。在本发明中，(3-氯丙基)三甲氧基硅烷、(3-溴丙基)三甲氧基硅烷和氯甲基三乙氧基硅烷作为改性剂的优势在于与纤维素纳米晶表面的羟基反应，引入硅提高疏水性，引入的氯、溴也有利于提高防火效果；而传统的改性剂仅仅是为了提高纤维素纳米晶与溶剂之间的相容性。