亚硝酸根插层水滑石材料、水性树脂复合涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种亚硝酸根插层水滑石材料、水性树脂复合涂层及制备方法。所述亚硝酸根插层水滑石材料的制备方法包括：使包含镁离子、铝离子和碳酸根离子前驱体的均匀混合反应体系进行水热反应，获得碳酸根插层水滑石材料；以含有氯离子的酸溶液对所述碳酸根插层水滑石材料进行酸化处理，获得氯离子插层水滑石材料；之后将其与含亚硝酸根离子的溶液充分接触，以使NO

Composite coating of hydrotalcite material and waterborne resin with nitrite intercalation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
亚硝酸根插层水滑石材料、水性树脂复合涂层及制备方法
本专利技术涉及一种水滑石材料的制备方法，特别涉及一种通过离子交换方法获得的亚硝酸根插层水滑石材料，还涉及一种以水滑石为添加物的水性树脂复合涂层及其制备方法与应用，属于水滑石材料制备

技术介绍
有机涂料价格便宜，易于制备，已广泛用于金属防腐中(W.Ji,J.Hu,J.Zhang,C.Cao,Reducingthewaterabsorptioninepoxycoatingsbysilanemonomerincorporation.CorrosionScience2006,48(11),3731-3739)。水性树脂有机溶剂含量低，绿色环保，易于涂覆，具备良好的防腐性能，是用于金属防腐的明星材料。然而，在长期浸泡过程中，容易形成微孔缺陷，无法彻底阻止腐蚀性介质(例如水、氧气、氯离子)渗透到涂层基质中，因此在钢基材表面容易发生点蚀(M.Behzadnasab,S.Mirabedini,M.Esfandeh,Corrosionprotectionofsteelbyepoxynanocompositecoatingscontainingvariouscombinationsofclayandnanoparticulatezirconia.CorrosionScience2013,75,134-141)。层状双氢氧化物(LDH)是一种由金属主体层压板及层间阴离子和水分子相互重叠组成的多功能二维纳米材料，层间离子可交换性，主体层板具备阻隔性，既可以减少腐蚀性介质的扩散，又可以将层间的缓释性阴离子置换出来，起到减缓腐蚀的效果。但是，目前传统方法合成亚硝酸盐插层的MgAl-NO2LDH包括直接合成法和煅烧法，其中直接合成法所制备的MgAl-NO2LDH，结构形貌不规整，片层堆叠现象严重，尺寸分布不均匀，不能作为有机树脂的理想填料使用。煅烧法同样以MgAl-CO3LDH为母体，在500-600摄氏度下高温煅烧除去层间离子，利用LDH的形状记忆效应，将其浸泡在含有亚硝酸根离子的溶液中，实现亚硝酸根的插入。这种方法能耗高，危险性强，操作复杂，不适宜大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种亚硝酸根插层水滑石材料(MgAl-NO2LDH)的制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的还在于提供一种水性树脂复合涂层及其制备方法与应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种水滑石离子交换方法，其包括：使包含镁离子、铝离子和碳酸根离子前驱体的均匀混合反应体系进行水热反应，获得碳酸根插层水滑石材料；以含有氯离子的酸溶液对所述碳酸根插层水滑石材料进行酸化处理，获得氯离子插层水滑石材料；将所述氯离子插层水滑石材料与含亚硝酸根离子的溶液充分接触，以使NO2-与氯离子插层水滑石材料中的氯离子进行离子交换，获得亚硝酸根插层水滑石材料。在一些实施例中，所述水滑石离子交换方法包括：将可溶性的镁盐、可溶性的铝盐、碳酸根离子前驱体与水混合均匀，形成所述的均匀混合反应体系，之后在高压反应釜中进行水热反应，反应压力为100～500Kpa，反应温度为120～160℃，时间为4～20h，获得碳酸根插层水滑石材料。进一步地，所述方法包括：将碳酸根插层水滑石材料加入含有氯离子的酸溶液中，并在保护性气氛下，除去CO2，之后在室温下震荡12～24h，获得氯离子插层水滑石材料。进一步地，所述方法包括：将氯离子插层水滑石材料加入含亚硝酸根离子的溶液中，并在保护性气氛下，除去CO2，之后在室温下震荡12～24h进行离子交换，获得亚硝酸根插层水滑石材料。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的亚硝酸根插层水滑石材料，所述亚硝酸根插层水滑石材料呈规则的六边形结构，片层厚度为10～15nm。本专利技术实施例还提供了一种组合物，其包括前述的亚硝酸根插层水滑石材料。本专利技术实施例还提供了一种水性树脂复合涂料，包括聚合物，其还包括亚硝酸根插层水滑石材料，所述亚硝酸根插层水滑石材料均匀分散于所述聚合物中。本专利技术实施例还提供了一种水性树脂复合涂层，它是由所述水性树脂复合涂料固化形成。本专利技术实施例还提供了一种水性树脂复合涂层的制备方法，其包括：将前述水性树脂复合涂料施加于金属基底表面，之后固化处理，获得水性树脂复合涂层。本专利技术实施例还提供了前述亚硝酸根插层水滑石材料或水性树脂复合涂层于涂层自修复领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提出了一种水滑石离子交换的方法，先通过水热合成法制备了层间插入碳酸根的水滑石，再通过酸化处理和层间离子交换，在不破坏水滑石原始形貌结构的情况下，成功将层间离子置换成NO2-，合成了亚硝酸根插层的水滑石纳米材料；其结构规整且层间的NO2-具备抗点蚀效果；2)本专利技术合成的亚硝酸根插层的水滑石纳米材料MgAl-NO2LDH呈规则的六边形结构，片层尺寸均匀分布，且层间的NO2-具备抗点蚀效果，适合作为纳米填料分散于环氧树脂等聚合物中，可以提高聚合物树脂的阻隔性能，显著提高有机树脂的抗腐蚀性能；3)本专利技术过程水热合成操作简单，合成原材料方便易得，所制备的产物不仅可以作为有机树脂的纳米填料，提高有机树脂的屏障性能和抗腐蚀性能，还可以作为作为离子交换媒介，涂层发生损伤后，交换氯离子释放亚硝酸根离子，亚硝酸根的缓蚀功能可对涂层缺陷处进行修复，赋予复合涂层自修复性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a和图1b分别是本专利技术对照例1中碳酸根插层水滑石材料(MgAl-CO3LDH)和实施例1中亚硝酸根插层水滑石材料(MgAl-NO2LDH)的TEM图。图2是本专利技术对照例1中碳酸根插层水滑石材料(MgAl-CO3LDH)和实施例1中亚硝酸根插层水滑石材料(MgAl-NO2LDH)的红外光谱图。图3是在3.5％NaCl溶液中浸泡50天时，对照例3中的纯水性涂层、对照例2中的MgAl-CO3LDH/水性涂层和实施例8中的MgAl-NO2LDH/水性涂层的电化学阻抗性能图。图4a-图4c是对照例5中纯环氧涂层产生划痕2h、12h、24h后，缺陷处微区电化学阻抗变化图。图4d-图4f是对照例4中MgAl-CO3LDH/水性涂层产生划痕2h、12h、24h后，缺陷处微区电化学阻抗变化图。图4g-图4i是实施例9中MgAl-NO2LDH/水性涂层产生划痕2h、12h、24h后，缺陷处微区电化学阻抗变化图。具体实施方式鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，基于环氧树脂易形成缺陷，水滑石离子交换的特性，得以提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚硝酸根插层水滑石材料的制备方法，其特征在于包括：/n使包含镁离子、铝离子和碳酸根离子前驱体的均匀混合反应体系进行水热反应，获得碳酸根插层水滑石材料；/n以含有氯离子的酸溶液对所述碳酸根插层水滑石材料进行酸化处理，获得氯离子插层水滑石材料；/n将所述氯离子插层水滑石材料与含亚硝酸根离子的溶液充分接触，以使NO

【技术特征摘要】
1.一种亚硝酸根插层水滑石材料的制备方法，其特征在于包括：
使包含镁离子、铝离子和碳酸根离子前驱体的均匀混合反应体系进行水热反应，获得碳酸根插层水滑石材料；
以含有氯离子的酸溶液对所述碳酸根插层水滑石材料进行酸化处理，获得氯离子插层水滑石材料；
将所述氯离子插层水滑石材料与含亚硝酸根离子的溶液充分接触，以使NO2-与氯离子插层水滑石材料中的氯离子进行离子交换，获得亚硝酸根插层水滑石材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将可溶性的镁盐、可溶性的铝盐、碳酸根离子前驱体与水混合均匀，形成所述的均匀混合反应体系，之后在高压反应釜中进行水热反应，反应压力为100～500Kpa，反应温度为120～160℃，时间为4～20h，获得碳酸根插层水滑石材料；
优选的，所述可溶性的镁盐包括Mg(NO3)2·6H2O；优选的，所述可溶性的铝盐包括Al(NO3)3·9H2O；优选的，所述碳酸根离子前驱体包括尿素和/或六亚甲基四胺，尤其优选为CO(NH2)2；优选的，所述可溶性的镁盐与可溶性的铝盐的摩尔比为(2～4):(0.5～1)，优选为(2～4):1；优选的，所述均匀混合反应体系中可溶性的铝盐与碳酸根离子前驱体的摩尔比为(0.5～2):(6～8)，优选为(0.5～1):(6～7)，尤其优选为(0.5～1):7；优选的，所述水热反应的温度为130～150℃，优选为135～145℃；优选的，所述水热反应的时间为6～12h。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将碳酸根插层水滑石材料加入含有氯离子的酸溶液中，并在保护性气氛下，除去CO2，之后在室温下震荡12～24h，获得氯离子插层水滑石材料；
优选的，所述碳酸根插层水滑石材料中碳酸根离子与酸溶液中氢离子的摩尔比为(0.5～2):1，优选为(0.5～1):1；优选的，所述含有氯离子的酸溶液包括NaCl和盐酸的混合液；尤其优选的，所述NaC...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海超，苏悦，卢光明，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33