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    用于金屬材料表面防腐與改性的微納米涂層的制造方法技術

    技術編號:8526026 閱讀:164 留言:0更新日期:2013-04-04 06:52
    本發明專利技術公開了一種可以與金屬基材良好結合微納米溶膠的制造方法,及通過高壓霧化噴涂到三維金屬基材表面,形成防腐蝕、耐摩擦、抗沖擊的透明薄膜的制造方法。這種溶膠薄膜與金屬基材表面致密鍵合,形成對金屬基材的有效防腐保護作用。通過應用材料設計技術,按照本發明專利技術公開的方法,可以賦予金屬材料表面的溶膠薄膜各種特殊的性能。

    【技術實現步驟摘要】

    金屬材料腐蝕每年造成的經濟損失是難于估量的,現存防腐技術如磷化、表面電鍍等往往會造成嚴重的環境污染,本專利技術公開的一種納米溶膠薄膜技術,用于處理金屬材料表面,不但可以獲得良好的防腐效果的,而且可以賦予金屬材料表面各種特殊的性能。本專利技術公開的一種特殊溶膠制備及其成膜方法,應用于金屬材料三維表面防腐與改性,通過表面覆蓋具有特殊性能的納米薄膜,可以改善金屬材料表面的各種性能,彌補金屬材料表面的性能缺陷。
    技術介紹
    溶膠凝膠溶膠是指通過水解和聚合作用,形成的有機或無機的納米或微米級的粒子,這些粒子通常帶有電荷,并由于電荷作用,吸附一層溶劑分子,形成由溶劑包覆的納米或微米粒子,即膠體粒子,這些膠體粒子由于帶有電荷而相互排斥,從而能以懸浮狀態存 在于溶劑中,即形成溶膠;膠體粒子由于失去電荷,或者包覆在外圈的溶劑層被破壞,膠體粒子發生聚合,溶膠發生固化即形成凝膠。溶膠制造中存在一個較大的難題是,溶膠由于各種因素的影響,失去穩定性,發生凝膠。這給溶膠的大規模制造和應用形成嚴重的制約,解決溶膠的穩定性,是拓展溶膠應用空間的如提條件。溶膠通常采用浸潤提拉、勻膠甩膜等工藝制備薄膜,這些方法的一個共同缺陷就是,只適合于二維平面涂膜,對于三維基材,則無法涂膜,高壓霧化噴涂技術是比較理想的三維結構溶膠涂覆技術,但是其對溶膠的流平性能具有較高的要求。
    技術實現思路
    本專利技術公開的制備溶膠的前體可以是有機金屬化合物、金屬醇鹽、無機鹽和有機小分子的任意組合,或其中的一種,或多種組合;但通常至少應該包括一種有機金屬化合物或金屬醇鹽,一個優選的方案是,選擇硅酸乙酯和鈦酸丁酯混合物進行水解。為使得溶膠薄膜能與金屬基材表面有效鍵合,要求溶膠組成設計時,需選擇與金屬具有良好結合性能的有機金屬化合物或金屬醇鹽進行水解。通過以溶解液方式添加鋯鹽等耐摩擦的化合物,可以使溶膠薄膜耐摩擦性能有效提高,一個優選的方案是,選擇氧氯化鋯溶解液摻雜鈦酸丁酯的水解物中。無機一有機復合網絡固化形成的溶膠薄膜,不但具有良好的抗刮劃性能,而且具有良好的抗沖擊性能,一個優選的方案是,選擇硅酸乙酯水解物與丙烯酸樹脂混合,在成膜時形成無機一有機復合網絡。溶膠體系的失穩,首先是從溶膠顆粒的自團聚開始的,為了保持溶膠的長期穩定,本專利技術公開的方法是,在溶膠中添加帶有長鏈的有機小分子單體,通過表面基團與溶膠顆粒結合,起到阻隔劑的作用,抑制溶膠顆粒的團聚或長大;同時保持整個溶膠體系處于高酸度狀態下,此時氫離子濃度較大,有利于保持溶膠中膠粒的穩定,使溶膠長期穩定。為將溶膠涂覆在具有三維結構的金屬基材上,本專利技術公開的一種涂膜方法是以6公斤以上的壓力,通過O. 5毫米的噴嘴,將溶膠充分霧化,再將霧化的溶膠,以高壓噴涂到金屬基材表面,這種霧化噴涂可以不受基材表面形狀的限制,適用于任意復雜的三維結構。為使在金屬材料表面形成均勻、透明、與基材結合牢固的薄膜,本專利技術公開的方法是,將涂覆好溶膠薄膜的基材,靜置30分鐘至I小時,使薄膜的組成物進行充分老化,一方面溶膠內部發生聚合反應,形成三維網狀結構的致密薄膜,使金屬基材被完全封閉,同時使薄膜組成物與金屬基材表面的金屬原子之間形成化學鍵合,有效鈍化金屬材料表面層,并使薄膜與金屬基材形成牢固的結合層,達到金屬材料耐化學腐蝕的目的。本專利技術公開的溶膠薄膜固化方法包括但不僅限于以下方案,其一是含有機單體參與成膜的溶膠,涂覆在金屬基材表面后,在150度至200度的溫度范圍內,烘 烤30分鐘至60分鐘;其二是不含有機單體的溶膠,涂覆在金屬基材表面后,在550度至600度的溫度范圍內,烘烤30分鐘至60分鐘。實施例一 1)水解硅酸乙酯,形成濃度為O.lmol/L的透明硅復合溶膠; 2)添加氯化鋁水解液,使溶膠的pH值保持在2-3; 3)添加5%甲基丙烯酸樹脂作為有機單體并作為溶膠粒子的阻隔劑; 4)添加1%聚乙烯醇等作為溶膠的增溶劑,避免溶膠顆粒團聚或長大的前提下,提高溶膠的濃度; 5)以高壓噴槍將上述溶膠壓縮霧化,噴涂在具有三維結構的鋁基材上; 6)經過30分鐘老化,在鋁基材表面形成均勻、透明的薄膜; 7)放入150度的烘箱中烘烤,使薄膜凝膠、固化; 8)自然冷卻,形成透明的、超薄硬質薄膜。實施例二 1)水解鈦酸丁酯和硅酸乙酯,形成濃度為O.lmol/L的透明硅鈦復合溶膠; 2)添加氧氯化鋯水解液,使溶膠的pH值保持在2-3; 3)添加1%聚乙烯醇等作為溶膠的增溶劑,避免溶膠顆粒團聚或長大的前提下,提高溶膠的濃度; 4)以高壓噴槍將上述溶膠壓縮霧化,噴涂在具有三維結構的銅基材上; 5)經過30分鐘老化,在銅基材表面形成均勻、透明的薄膜; 6)放入550度的烘箱中烘烤,使薄膜凝膠、固化; 7)自然冷卻,形成透明的、超薄硬質薄膜。本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種可高溫長期穩定存儲、可霧化三維噴涂的微納米溶膠制備方法及其成膜工藝,包括以下步驟:1)按照反應式???????????????????????????????????????????????????水解通式為RxM(OR)z?x的有機金屬化合物,形成溶膠,式中R為有機官能基,M選自硅、鋁、鈦、鋯等或它們的混合物,R’為可水解的低分子量烷基,z為M的化合價,而x小于z,至少為1,y至少為1并小于z?x;或者按照反應式????水解一種通式為M’(OR’’)z’的金屬醇鹽,形成金屬醇鹽溶膠,式中M’為形成可水解醇鹽的金屬,R’’為低分子量烷基,z’為M’的化合價,y’至少為1和小于z’;有機金屬化合物或金屬醇鹽的水解物能夠與金屬基材的表面發生鍵合反應,使溶膠薄膜能與金屬基材表面形成致密結合層,使金屬基材被完全封閉,從而具有優良的防腐蝕性能;2)以無機鹽的溶解液方式在溶膠中引入氧化鋯、氧化鋁等耐摩擦的氧化物,有效提高溶膠薄膜的耐摩擦性能;3)以無機鹽和有機小分子或預聚體作為前體,通過混合或偶聯,形成有機——無機復合網絡,經加熱固化,形成具有良好耐刮花和抗沖擊性能的溶膠薄膜;4)添加高酸度的無機鹽溶解液,可以保持整個溶膠體系處于高酸度條件下,抑制膠體顆粒的團聚;添加有機小分子單體可以作為阻隔劑,抑制溶膠顆粒的團聚或長大;以使得溶膠膠粒能夠在惡劣環境中保持納米尺度的粒徑,并在較長時間內不發生團聚,從而使溶膠薄膜保持透明致密;5)通過添加有機氟類樹脂,使溶膠具有較低的表面張力,保持良好流平性,可應用(但不僅限于)高壓噴霧方法,噴涂到復雜的三維結構的金屬材料表面;4)經干燥和老化,涂覆于金屬材料結構件表面的溶膠自然流平,其中的溶劑得以揮發,形成均勻、透明的凝膠薄膜;5)在150度到200度的低溫烘烤;或者6)在550度至600度的溫度烘烤;7)經自然冷卻,形成多性能薄膜。893732dest_path_image001.jpg,323576dest_path_image002.jpg...

    【技術特征摘要】
    1.一種可高溫長期穩定存儲、可霧化三維噴涂的微納米溶膠制備方法及其成膜工藝,包括以下步驟 1)按照反應式R^M(OR)s_s + yH20 RxM(OR )s_s_y (OH)y +yROH 水解通式為RxM(OR)z_x的有機金屬化合物,形成溶膠,式中R為有機官能基,M選自硅、鋁、鈦、鋯等或它們的混合物,R’為可水解的低分子量烷基,z為M的化合價,而X小于z,至少為1,y至少為I并小于z-x ;或者 按照反應式 I (PR )s' +y H2O (OR )^.(OH)y. +y R OH 水解一種通式為M’(OR’ ’)z,的金屬醇鹽,形成金屬醇鹽溶膠,式中M’為形成可水解醇鹽的金屬,R’’為低分子量烷基,z’為M’的化合價,y’至少為I和小于z’ ; 有機金屬化合物或金屬醇鹽的水解物能夠與金屬基材的表面發生鍵合反應,使溶膠薄膜能與金屬基材表面形成致密結合層,使金屬基材被完全封閉,從而具有優良的防腐蝕性倉泛; 2)以無機鹽的溶解液方式在溶膠中引入氧化鋯、氧化鋁等耐摩擦的氧化物,有效提高溶膠薄膜的耐摩擦性能; 3)以無機鹽和有機小分子或預聚體作為前體,通過混合或偶聯,...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:朱玉涵郭子鈺其他發明人請求不公開姓名
    申請(專利權)人:上海迪道科技有限公司郭景康
    類型:發明
    國別省市:

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