硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法与流程

1.本发明涉及环氧树脂粉末涂料制备技术领域，具体涉及硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法。


背景技术：

2.在生产生活中，腐蚀是一种昂贵的现象，它不仅威胁到设备的使用寿命，而且威胁到劳动者的健康。有机涂层因其优异的力学性能、耐腐蚀性能和化学稳定性而被认为是最常用的防腐方法。传统的有机涂料是溶剂型的涂料，会释放大量的挥发性有机化合物，对大气造成污染。而粉末有机涂料在表面涂敷过程中和涂敷后都不会释放溶剂，这样就大大减轻了对环境的污染。
3.环氧树脂粉末是提高金属基材在各种侵蚀环境中耐腐蚀性能的最有效的涂料之一。环氧树脂粉末涂料已广泛应用于电器、仪器、化工、机械、管道、钢结构等领域，在防护涂料中起着主导作用。虽然环氧树脂粉末涂料在腐蚀性电解质中具有良好的化学稳定性，但它们对自然风化的耐候性较低。
4.为了克服粉末涂料的缺点，提高其化学、力学和热性能，可以对环氧树脂粉末进行改性。将具有高化学稳定性和易分散特性的纳米材料(如二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛等)添加到液体聚合物涂层的化学成分中是改性环氧树脂粉末的主要方法。这种将具有“纳米屏障效应”的2d材料结合到有机涂层中的方法，有利于在其内部建立一种“迷宫效应”，以延长腐蚀介质的渗透路径，产生具有低无机成分含量、轻质、优异机械性能、持久耐腐蚀性和耐候性的新型保护性复合涂层。其中纳米二氧化硅(sio2)是最有用的提高聚合物涂料性能的纳米填料之一。
5.但是，纳米粒子在聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性是将纳米粒子嵌入粉末涂料中获得高性能涂料的关键因素。现阶段大部分改性方法没有考虑纳米颗粒分散质量的影响。另外，环氧树脂粉末涂料通常由树脂、固化剂和填料组成。仅用球磨法无法使纳米材料在环氧树脂粉末涂料中均匀分散。
6.综上可知，现有技术在实际应用中显然存在不足之处，有必要加以改进。


技术实现要素：

7.针对上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法，其采用3
‑
氨基丙烷三乙氧基硅烷(aptes)对纳米sio2进行化学改性，提高其机械性能、耐腐蚀性能和耐候性能；采用行星球磨和熔融混炼挤压的方法使硅烷改性纳米sio2在环氧树脂粉末涂料中均匀分布，防止纳米材料团聚，使纳米粒子在聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性更好，从而改善纳米粒子在粉末涂料中团聚的问题；使涂料均匀喷涂在钢基体的表面，稳定地提高金属的防腐性能和力学性能。
8.为了实现上述目的，本发明提供一种硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法。
9.参见图1，包括如下实验步骤：
10.步骤一
11.硅烷改性纳米二氧化硅的制备
12.首先，将纳米二氧化硅在110
‑
130℃的烘箱中干燥11
‑
13h以去除吸附的水。
13.将干燥的纳米二氧化硅放入无水乙醇中，超声处理，两者的体积比大约为1：27
‑
28，使纳米二氧化硅颗粒混合均匀，从而得到分散液。在分散液中加入16
‑
17g硅烷偶联剂3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)，在70
‑
90℃的磁力搅拌器中混合23
‑
25小时左右，得到sio2胶体溶液，冷却后，将纳米sio2胶体溶液在离心力作用下分离，用乙醇和去离子水洗涤至中性，去除多余的硅烷偶联剂。在进一步表征之前，改性后的纳米sio2在70
‑
90℃的烘箱中干燥11
‑
13小时，得到改性二氧化硅纳米颗粒。
14.步骤二
15.纳米二氧化硅与环氧树脂预混合
16.将环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒进行混合，得到初步混合粉末(环氧树脂粉末与改性二氧化硅纳米颗粒的重量比为90
‑
110:1)。再使用行星球磨机进行进一步的研磨混合，行星球磨机的玛瑙罐中放置有玛瑙球，以增加接触面积，使混合物质充分研磨，其玛瑙球和要进行混合的上述初步混合粉末的重量比最好控制在4.8
‑
5.3:1；玛瑙球的直径为2.5
‑
3.5毫米。行星球磨机的转速为490
‑
520r/min，行星球磨机的混合时间2
‑
4h，且整个过程是在干燥条件下进行的。得到纳米二氧化硅质量含量为0.5
‑
1.2％的纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末预分散体。
17.步骤三
18.改性二氧化硅纳米复合环氧树脂粉末涂料的制备
19.将步骤二中得到的预分散体与固化剂和其他添加剂(流平剂pv88、安息香、钛白粉、2
‑
甲基咪唑、云母、硅灰石、过5000目筛后的baso4、气相白炭黑等)充分混合，得到混合物。将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出，得到切片，其中送料区温度为94
‑
96℃，混料区温度为108
‑
113℃，转速为34
‑
36rpm。再将切片在台式刀磨机(omc)中研磨，过120
‑
140目筛，筛至切片的平均粒径达到65
‑
75μm，最后得到纳米复合环氧树脂粉末涂料样品。
20.硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的有益效果表现在通过采用3
‑
氨基丙烷三乙氧基硅烷(aptes)对纳米二氧化硅进行化学改性(简称m
‑
sio2)，使涂料性能显著提高，再进行多道混合工艺后，使m
‑
sio2在环氧树脂粉末涂料中均匀分布。
21.根据上述的有益效果，通过改性提高了纳米粒子在聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性。通过使用上述混合技术，使纳米材料在环氧树脂粉末涂料中均匀分散，解决了原本的性能差、分散不均的问题。
22.改性二氧化硅纳米复合环氧树脂粉末涂料在使用过程中，是通过静电喷涂技术喷涂在钢基材表面，从而提高金属的防腐性能和力学性能。
23.本发明的目的在于提供一种硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法，本方法采用3
‑
氨基丙烷三乙氧基硅烷(aptes)对纳米sio2进行化学改性，采用行星球磨和熔融混炼挤出协同的方法使m
‑
sio2在环氧树脂粉末涂料中均匀分布，从而能够防止纳米材料团聚，使纳米粒子在聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性更好，从而改善纳米粒子在粉末涂料中团聚等问题；使涂料均匀喷涂在钢材表面，稳定地提高金属的防腐性能
和力学性能。
附图说明
24.图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.本发明提供了一种硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法，采用3
‑
氨基丙烷三乙氧基硅烷(aptes)对纳米sio2进行化学改性(简称m
‑
sio2)，采用行星磨削和熔体挤压的方法使m
‑
sio2在环氧树脂粉末涂料中均匀分布，防止纳米材料团聚，从而改善涂料的稳定性差、触变性差、耐候性差、耐洗刷性差等问题。
27.为了验证本发明硅烷改性纳米二氧化硅复合环氧树脂粉末涂料的制备方法，本发明设置如下若干实施例。
28.实施例1
29.首先，将纳米二氧化硅在111℃的烘箱中干燥11.5h以去除吸附的水。
30.将17g干燥的纳米二氧化硅放入450ml无水乙醇中超声处理30分钟，使纳米二氧化硅颗粒混合均匀，从而得到分散液。在分散液中加入16.1g硅烷偶联剂3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)，在75℃的磁力搅拌器中混合24小时左右，得到sio2胶体溶液。冷却后，将纳米sio2胶体溶液在离心力作用下分离，用乙醇和去离子水洗涤至中性，去除多余的硅烷偶联剂。在进一步表征之前，改性后的纳米sio2在75℃的烘箱中干燥11.5小时，得到改性二氧化硅纳米颗粒。
31.将环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒与直径为3毫米的玛瑙球，在行星球磨机中以500r/min的转速混合3.5h，玛瑙罐体积为200ml，玛瑙球与混合粉末(上述的环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒的混合物)质量比为5:1。环氧树脂粉末与改性sio2纳米粒子的重量比为90:1，且整个过程在干燥条件下进行。最后制成纳米得到纳米sio2质量含量为0.9％的纳米sio2复合环氧树脂粉末预分散体。
32.将步骤二中得到的预分散体与固化剂和其他添加剂(流平剂pv88、安息香、钛白粉、2
‑
甲基咪唑、云母、硅灰石、过5000目筛后的baso4、气相白炭黑等)充分混合。将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出，得到切片，其中送料区温度为94.5℃，混料区温度为109℃，转速为35rpm。再将切片在台式刀磨机(omc)中研磨，过140目筛，筛至切片的平均粒径达到75μm，最后得到纳米复合环氧树脂粉末涂料样品。
33.实施例2
34.首先，将纳米二氧化硅在100℃的烘箱中干燥12h以去除吸附的水。
35.将17.5g干燥的纳米二氧化硅放入460ml无水乙醇中超声处理30分钟，使纳米二氧化硅颗粒混合均匀，从而得到分散液。在分散液中加入16.2g硅烷偶联剂3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)，在76℃的磁力搅拌器中混合24小时左右，得到sio2胶体溶液。冷却后，将纳米sio2胶体溶液在离心力作用下分离，用乙醇和去离子水洗涤至中性，去除多余的硅烷偶
联剂。在进一步表征之前，改性后的纳米sio2在76℃的烘箱中干燥12小时，得到改性二氧化硅纳米颗粒。
36.将环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒与直径为3毫米的玛瑙球，在行星球磨机中以500r/min的转速混合4h，玛瑙罐体积为200ml，玛瑙球与混合粉末(上述的环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒的混合物)质量比为5:1。环氧树脂粉末与改性sio2纳米粒子的重量比为80:1，且整个过程在干燥条件下进行。最后制成纳米得到纳米sio2质量含量为0.8％的纳米sio2复合环氧树脂粉末预分散体。
37.将步骤二中得到的预分散体与固化剂和其他添加剂(流平剂pv88、安息香、钛白粉、2
‑
甲基咪唑、云母、硅灰石、过5000目筛后的baso4、气相白炭黑等)充分混合。将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出，得到切片，其中送料区温度为95℃，混料区温度为110℃，转速为36rpm。再将切片在台式刀磨机(omc)中研磨，过122目筛，筛至切片的平均粒径达到72μm，最后得到纳米复合环氧树脂粉末涂料样品。
38.实施例3
39.首先，将纳米二氧化硅在113℃的烘箱中干燥12h以去除吸附的水。
40.将18g干燥的纳米二氧化硅放入500ml无水乙醇中超声处理30分钟，使纳米二氧化硅颗粒混合均匀，从而得到分散液。在分散液中加入17g硅烷偶联剂3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)，在80℃的磁力搅拌器中混合24小时左右，得到sio2胶体溶液。冷却后，将纳米sio2胶体溶液在离心力作用下分离，用乙醇和去离子水洗涤至中性，去除多余的硅烷偶联剂。在进一步表征之前，改性后的纳米sio2在80℃的烘箱中干燥12小时，得到改性二氧化硅纳米颗粒。
41.将环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒与直径为3毫米的玛瑙球，在行星球磨机中以500r/min的转速混合4h，玛瑙罐体积为200ml，玛瑙球与混合粉末(上述的环氧树脂粉末和步骤一中得到的改性二氧化硅纳米颗粒的混合物)质量比为5:1。环氧树脂粉末与改性sio2纳米粒子的质量比为100:1，且整个过程在干燥条件下进行。最后制成纳米得到纳米sio2质量含量为1％的纳米sio2复合环氧树脂粉末预分散体。
42.将步骤二中得到的预分散体与固化剂和其他添加剂(流平剂pv88、安息香、钛白粉、2
‑
甲基咪唑、云母、硅灰石、过5000目筛后的baso4、气相白炭黑等)充分混合。将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出，得到切片，其中送料区温度为95℃，混料区温度为110℃，转速为35rpm。再将切片在台式刀磨机(omc)中研磨，过120目筛，筛至切片的平均粒径达到70μm，最后得到纳米复合环氧树脂粉末涂料样品。
43.综上所述，本发明采用3
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氨基丙烷三乙氧基硅烷(aptes)对纳米sio2进行化学改性，提高其机械性能、耐腐蚀性能和耐候性能；采用行星球磨和熔融混炼挤出协同的方法使m
‑
sio2在环氧树脂粉末涂料中均匀分布，防止纳米材料团聚。综上所述，本发明的有益效果是：能够防止纳米材料团聚，使纳米粒子在聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性更好，从而改善涂料的稳定性差、耐候性差、耐洗刷性差等问题；使涂料均匀喷涂在钢基材表面，稳定地提高金属的防腐性能和力学性能。
44.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。