[发明专利]一种纳米TiO2/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TiO₂/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

目前，已有大量的抗腐蚀有机/无机杂化纳米涂层研究。这种功能性的杂化涂层克服了单纯有机涂层和无机涂层的缺陷，如有机涂层的热不稳定性和化学不稳定性，无机涂层的易脆裂，力学性能和柔韧性差等，其兼具有机材料、无机材料和纳米材料的综合性质，对金属材料有防腐蚀的作用，有机/无机杂化涂层在未来更加重视人类健康和环境保护的情况下有望替代铬酸盐转化、磷化等金属表面预处理工艺，成为环境友好的绿色化学方法，在涂层领域有广阔的应用前景。

这种材料通常采用溶胶-凝胶法制得，有机/无机杂化涂层与金属基体生成牢固的共价键，显著地提高了金属与涂层的界面结合力，极大地增强了膜的附着能力和抗腐蚀能力。同时由于有机官能团的存在使得材料表面呈疏水性和杂化涂层致密的纳米结构，对侵蚀性粒子起到了很强的阻挡性能，能够有效提高金属基体在腐蚀环境中的使用寿命，各国研究者对铝、铝合金、钢、铁等金属表面硅烷化机制和硅烷膜防腐蚀性能进行了研究和表征。

目前，国外对金属表面有机硅烷化有较多研究，且已明确了影响膜层耐蚀性的因素，如硅烷类型、金属表面的处理方式、水解pH值、溶剂、硅烷浓度、浸涂时间、固化工艺等，并已成功地把硅烷应用于钢、镀锌钢、热浸镀钢和铝合金表面。而国内对金属表面有机硅烷化处理的研究还较少，主要有王云芳等以GPTMS(γ-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷)、BTSE(1，2-二(三乙氧基硅基)乙烷)和BTSPS(乙烯基三叔丁基过氧硅烷)三种硅烷分别制备其水溶胶来处理铝合金表面，研究发现BTSPS硅烷化处理具有较好耐腐性，尤宏等以含有不同取代基的三种硅烷偶联剂(乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷)为前躯体，在LY12铝合金表面制备了正硅酸乙酯(TEOS)改性的有机/无机杂化防腐保护膜，但这种方法制备的反应时间太长，使用的溶剂对环境有污染。殷月等采用溶胶凝胶法制备了SiO₂-TiO₂/PDMS(端硅氧烷基聚二甲基硅烷)体系杂化防腐涂层，这种涂层硬度并不是很高，耐热性较低。。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是克服上述现有技术之不足，提供一种纳米TiO₂/有机硅金属防腐涂层的制作方法。

本发明的制作方法包括如下步骤：

第一步，稳定透明的纳米TiO₂溶胶的制备：在常温下，将钛醇盐、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(TTPO)及无水乙醇在平底烧瓶中混合均匀后，缓慢滴加无水乙醇、去离子水和无机酸的混合溶液一起搅拌，然后再滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，继续搅拌反应5min～40h，得到稳定透明的纳米TiO₂溶胶。

第二步，有机硅前驱体的制备：在常温下，将KH560、KH858与无水乙醇混合均匀后，缓慢滴加无水乙醇、无机酸和去离子水的混合溶液，搅拌反应1～70h，得到有机硅前驱体。

第三步，纳米TiO₂/有机硅防腐涂层的制备：将有机硅前驱体缓慢滴加到纳米TiO₂溶胶中，常温下搅拌反应1～50h，得到纳米TiO₂/有机硅金属防腐涂层溶胶；再将该涂层溶胶采用成膜手段在金属表面镀膜，并经低温加热固化得到纳米TiO₂/有机硅金属防腐涂层。

在第一步中，所述钛醇盐采用钛酸丁酯和钛酸异丙酯中的一种或两种，其重量比例为10％～50％；所述TTPO的重量比例为1％～10％；所述KH570的重量比例为5％～20％；所述去离子水的重量比例为1％～10％；所述无水乙醇的重量比例为30％～80％；所述无机酸为醋酸、硫酸、磷酸、硝酸中的任意一种，其重量比例为0.1％～5％。

在第二步中，所述γ-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷(KH560)的重量比例为5％～50％，所述双(3-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(KH858)的重量比例为2％～50％，所述去离子水的重量比例为1％～6％，所述无水乙醇的重量比例为40％～80％，所述无机酸为醋酸、硫酸、磷酸、硝酸中的任意一种，其重量比例为0.1％～5％。

在第三步中，所述成膜手段采用旋涂法、提拉法或喷涂法，所述涂层固化温度为70～120℃，固化时间为10min～3h。