一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用，该纳米容器的制备方法为：首先用十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、乙醇、正硅酸乙酯和氨水混合，离心得到固相后，通过煅烧的方式得到中空二氧化硅纳米颗粒；将分散的粉末与苯并三唑溶液混合，用真空泵反复抽空，得到负载缓蚀剂的颗粒；通过LbL的方式在所得颗粒外层沉积聚电解质外壳，得到层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器。将所得样品加入BTSE、KH

【技术实现步骤摘要】
一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用。

技术介绍

[0002]腐蚀是人类自开始使用金属物体以来一直试图了解和控制的一个极其重要的问题。材料腐蚀降解过程不仅非常复杂，而且蕴含着巨大的经济意义。铝合金因其最佳的重量和强度而广泛应用于飞机工业，并且由于其形成天然的、惰性的和保护性的氧化层而表现出抗普遍腐蚀的能力。但由于其含有金属间夹杂物，易发生局部点蚀，从而破坏合金的结构完整性。目前，它的腐蚀保护是通过沉积前处理、底漆和面漆层来完成的。最有效的缓蚀作用广泛依赖于保护涂层中所含的六价铬化合物。然而，铬酸盐和其他含铬化合物由于其有毒和致癌的特性，在世界范围内的使用受到了限制，这需要寻找环境友好并且能表现出高性能的腐蚀保护的替代品。。
[0003]溶胶
‑
凝胶法制备的无机保护涂层，具有良好的缓蚀性能，硅烷和硅氧烷基薄膜不仅对金属基材和有机表面涂层具有良好的附着力，而且由于其致密的
‑
Si
‑
O
‑
Si
‑
网络，具有良好的阻隔性能。但在涂层中存在微裂纹或小缺陷时，其无法防止侵蚀物质向金属表面的渗透。纳米颗粒的加入可以减少保护膜形成孔洞和裂纹的趋势，有助于形成腐蚀的被动阻碍。该方法还可以提高硅烷层的机械稳定性和厚度。然而，这些系统仅作为被动物理屏障，在涂层局部失效的情况下，不能积极地阻止腐蚀蔓延。
[0004]在溶胶
‑
凝胶涂层中添加无机或有机缓蚀剂是一种可行的方法，可以在防护层受损时降低腐蚀速率，从而获得主动的自愈合性能。然而，抑制剂浓度过高或溶解度不理想会降低涂层基体的完整性和物理阻隔性能。因此，控制缓蚀剂的释放速率具有重要意义。
[0005]为了满足不同场合的特殊要求，越来越多地采用缓蚀剂的包覆技术来控制缓蚀剂的释放速率。人们提出、研究和利用了许多包覆技术，包括乳液聚合包覆、聚电解质自组装技术、多孔金属氧化物吸附技术等方法。这些包埋方法的主要思想是将缓蚀剂分子负载到微胶囊或纳米容器中，其释放过程主要是扩散控制的。上述现有技术不仅存在操作步骤繁琐复杂的缺点，还存在对涂层的稳定性具有一定负面影响的可能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了提供一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用，以实现对多种金属的长期腐蚀保护等。
[0007]本专利技术通过对二氧化硅纳米微容器进行缓蚀剂的负载，通过LBL的方式将缓蚀剂封装，使涂层具有自愈合的性能，在金属的防腐应用中起到积极的作用。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术的技术方案之一提供了一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的制
备方法，包括以下步骤：
[0010](1)取去离子水、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和乙醇搅拌混合，再加入正硅酸乙酯(TEOS)，搅拌反应一段时间，向所得溶液中加入氨水，提供碱性环境，在室温下反应一定时间后，离心收集固相，洗涤干燥后，煅烧得到中空介孔二氧化硅纳米颗粒；
[0011](2)将中空介孔二氧化硅纳米颗粒加入到苯并三唑(BTA)溶液中，超声分散，搅拌一定时间后，抽真空过夜，离心收集固相，得到负载缓蚀剂的二氧化硅颗粒纳米颗粒；
[0012](3)将所得负载缓蚀剂的二氧化硅颗粒纳米颗粒加入去离子水中超声分散，再加入聚乙烯亚胺(PEI)水溶液，反应一定时间后在蒸馏水中离心洗涤3次，收集固相，得SiO2/PEI；
[0013](4)将所得SiO2/PEI加入去离子水中超声分散，再加入聚(4
‑
苯乙烯磺酸钠)(PSS)水溶液，反应一定时间后在蒸馏水中离心洗涤3次，收集固相，得SiO2/PEI/PSS；
[0014](5)重复步骤(3)和步骤(4)，得到SiO2/PEI/PSS/PEI/PSS，即为目标产物。
[0015]进一步的，步骤(1)中，去离子水、CTAB、乙醇、TEOS和氨水的体积比为(50
‑
60)mL:(0.10
‑
0.20)g:(20
‑
30)mL:(0.5
‑
1.5)mL:1mL，可选为55mL:0.16g:26mL:1mL:1mL。
[0016]进一步的，步骤(1)中，搅拌反应的时间为3
‑
7min；可选为5min。
[0017]进一步的，步骤(1)中，室温下反应时间为2
‑
5h；可选为3h。
[0018]进一步的，步骤(1)中，煅烧温度为530
‑
570℃；可选为550℃。
[0019]进一步的，步骤(1)中，煅烧时间为3
‑
7h；可选为5h。
[0020]进一步的，步骤(2)中，中空介孔二氧化硅纳米颗粒和苯并三唑溶液的添加量之比为(0.05
‑
0.15)g:(30
‑
70)mL；可选为0.1g:50mL。
[0021]进一步的，步骤(2)中，苯并三唑溶液的浓度为8
‑
12mg/mL，可选为10mg/mL；
[0022]进一步的，步骤(2)中，搅拌时间为10
‑
15h，可选为12h。
[0023]进一步的，步骤(3)中，去离子水和PEI水溶液的体积比为(15
‑
25):(2
‑
5)，可选为20:3。
[0024]进一步的，步骤(3)中，PEI水溶液的浓度为1
‑
3mg/mL，可选为2mg/mL。
[0025]进一步的，步骤(3)中，反应时间为10
‑
20min；
[0026]进一步的，步骤(4)中，去离子水和PSS水溶液的体积比为(15
‑
25mL):(2
‑
5mL)；进一步的，步骤(4)中，SiO2/PEI的添加量为步骤(3)所得的量。
[0027]进一步的，步骤(4)中，PSS水溶液的浓度为1
‑
3mg/mL，可选为2mg/mL。
[0028]进一步的，步骤(4)中，反应时间为10
‑
20min；
[0029]进一步的，步骤(5)中，PEI、PSS水溶液的浓度为2mg/mL；
[0030]本专利技术的技术方案之二提供了一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器，该纳米容器采用如上所述的制备方法制备得到。
[0031]本专利技术的技术方案之三提供了一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的应用，该二氧化硅纳米容器用于制备复合硅烷膜。
[0032]进一步地，制备复合硅烷膜时，其具体过程为：
[0033]取二氧化硅纳米容器SiO2/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取去离子水、CTAB和乙醇混匀，再加入TEOS，搅拌反应，继续加入氨水，室温下反应，离心、洗涤、干燥、煅烧，得到中空介孔二氧化硅纳米颗粒；(2)将中空介孔二氧化硅纳米颗粒分散于苯并三唑溶液中，搅拌，离心收集固相，得到负载缓蚀剂的二氧化硅颗粒纳米颗粒；(3)将所得负载缓蚀剂的二氧化硅颗粒纳米颗粒分散于去离子水中，再加入PEI水溶液，反应，经离心、洗涤得SiO2/PEI；(4)将所得SiO2/PEI分散于去离子水中，再加入PSS水溶液，反应后经离心、洗涤，得SiO2/PEI/PSS；(5)再以SiO2/PEI/PSS为原料，重复步骤(3)和(4)，得到SiO2/PEI/PSS/PEI/PSS，即为目标产物。2.根据权利要求1所述的一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，去离子水、CTAB、乙醇、TEOS的添加量之比为(50
‑
60)mL:(0.10
‑
0.20)g:(20
‑
30)mL:(0.5
‑
1.5)mL；搅拌反应的时间为3
‑
7min，室温下反应时间为2
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5h；煅烧温度为530
‑
570℃，煅烧时间为3
‑
7h。3.根据权利要求1所述的一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，中空介孔二氧化硅纳米颗粒和苯并三唑溶液的添加量之比为(0.05
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0.15)g:(30
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70)mL，其中，苯并三唑溶液的浓度为8
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12mg/mL；搅拌的时间为10
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15h。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继波，李雨露，唐佳斌，许文秀，李明晶，孙冉，黄星，魏影，陈晓敏，李婷婷，周少博，宣宇娜，丛海山，王云云，韩生，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：