一种改性四氧化三铁粒子及其制备方法和应用、改性四氧化三铁/环氧复合涂料及其应用技术

本发明专利技术提供了一种改性四氧化三铁粒子及其制备方法、改性四氧化三铁/环氧复合涂料及其应用，属于防腐与防护技术领域。本发明专利技术的改性四氧化三铁粒子包括四氧化三铁内核和外壳，所述外壳为甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物；所述内核和外壳之间通过硅烷偶联剂连接。本发明专利技术利用GMA的聚合物包裹内核的Fe3O4粒子，避免了Fe3O4粒子之间的接触，从而防止Fe3O4团聚；而且，GMA聚合物可以参与到环氧树脂的固化反应中，形成稳定的三维网状结构，使得改性四氧化三铁粒子和环氧树脂具有良好的相容性，能大幅度抑制断裂裂纹的扩展，阻碍腐蚀介质的渗入，最终提升环氧涂层在低温环境下的力学性能和防腐性能。防腐性能。防腐性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性四氧化三铁粒子及其制备方法和应用、改性四氧化三铁/环氧复合涂料及其应用


[0001]本专利技术涉及防腐与防护
，尤其涉及一种改性四氧化三铁粒子及其制备方法和应用、改性四氧化三铁/环氧复合涂料及其应用。

技术介绍

[0002]环氧树脂涂层作为一种高性能有机涂层，被广泛应用于金属防腐领域。然而，由于纯环氧涂层在低温环境下易脆化断裂、剥落，大大影响了环氧涂层在低温环境下的防护性能。
[0003]环氧涂层的结构是影响其防护性能的关键。目前，大多数科研工作者通过添加改性氧化石墨烯(MAN C,WANG Y,LI W,et al.The anti
‑
corrosion perfomance ofthe epoxy coating enhanced via 5
‑
Amino
‑
1,3,4
‑
thiadiazole
‑2‑
thiol grafed graphene oxide at ambient and low temperatures[J].Progress in OrganicCoatings.2021,159:106441.)、无机刚性粒子(CHEN K.F,QI H.X,ZHANG X.Y,et al.Preparation and properties oflow temperature wear resistant coatings forpolar ships[J].Paint&Coatings Industry.2020,50:27
‑
32.)等高模量和高比表面积的填料来提高环氧涂层在低温环境下的防护性能。
[0004]填料的存在可有效阻碍腐蚀介质的扩散，然而这些填料面临着原料昂贵、副产物多、产率低等问题，大大限制了其应用范围。四氧化三铁(Fe3O4)因其价格低廉、机械性能和防腐性能优良，被广泛应用于防腐涂层领域(O.U.Rahman,S.Ahmad.Physico
‑
mechanical and electrochemical corrosion behavior ofsoyalkyd/Fe3O
4 nanocomposite coatings.RSC ADV.4(2014),14936
‑
14947.)。但是，Fe3O4纳米颗粒易于团聚，不利于阻碍腐蚀介质的扩散。另外，Fe3O4纳米颗粒与环氧树脂的界面结合力较弱，严重影响环氧涂层的机械性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改性四氧化三铁粒子及其制备方法、改性四氧化三铁/环氧复合涂料及其应用，将本专利技术的改性四氧化三铁粒子用于制备环氧复合涂层材料，可有效避免四氧化三铁纳米颗粒团聚，大幅抑制断裂裂纹的扩展，阻碍腐蚀介质的渗入，最终改善环氧涂层在低温环境下力学性能和防腐性能差的问题。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种改性四氧化三铁粒子，包括四氧化三铁内核和外壳，所述外壳为甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物；所述内核和外壳之间通过硅烷偶联剂连接。
[0008]优选的，所述硅烷偶联剂包括KH570。
[0009]优选的，所述改性四氧化三铁粒子的平均粒径为140～170nm；所述外壳的厚度为20～50nm。
[0010]本专利技术提供了上述方案所述改性四氧化三铁粒子的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将Fe3O4分散液和硅烷偶联剂水溶液混合，在pH值为3～4的条件下进行接枝反应，得到中间Fe3O4；
[0012]将所述中间Fe3O4的分散液、引发剂和甲基丙烯酸缩水甘油酯混合，进行聚合反应，得到改性四氧化三铁粒子。
[0013]优选的，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量百分含量为50～90％；所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂包括KH570；所述硅烷偶联剂水溶液与Fe3O4分散液中Fe3O4的质量比为(2～4)：1。
[0014]优选的，所述接枝反应的温度为60～100℃，时间为5～12h。
[0015]优选的，所述中间Fe3O4和引发剂的质量比为(2.5～10)：1；所述中间Fe3O4和甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为1：(5～20)；所述聚合反应的温度为60～100℃，时间为5～12h。
[0016]本专利技术提供了上述方案所述改性四氧化三铁粒子或上述方案所述制备方法制备得到的改性四氧化三铁粒子在环氧树脂涂料中的应用。
[0017]本专利技术提供了一种改性四氧化三铁/环氧复合涂料，制备原料包括环氧树脂、稀释剂、改性四氧化三铁粒子和固化剂；所述改性四氧化三铁粒子为上述方案所述的改性四氧化三铁粒子或上述方案所述制备方法制备得到的改性四氧化三铁粒子。
[0018]本专利技术提供了上述方案所述改性四氧化三铁/环氧复合涂料在防护领域中的应用，所述应用的方法包括以下步骤：将所述改性四氧化三铁/环氧复合涂料涂覆到待防护基材表面，然后固化；所述固化的温度为15～35℃。
[0019]本专利技术提供了一种改性四氧化三铁粒子，包括四氧化三铁内核和外壳，所述外壳为甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物；所述内核和外壳之间通过硅烷偶联剂连接。本专利技术利用甲基丙烯酸缩水甘油酯(简称GMA)的聚合物包裹内核的Fe3O4粒子，避免了Fe3O4粒子之间的接触，从而防止Fe3O4团聚，实现了Fe3O4粒子在环氧树脂中更好的分散；而且，GMA聚合物可以参与到环氧树脂的固化反应中，形成稳定的三维网状结构，使得改性四氧化三铁粒子和环氧树脂具有良好的相容性，能大幅度抑制断裂裂纹的扩展，阻碍腐蚀介质的渗入，最终提升环氧涂层在低温环境下的力学性能和防腐性能。
[0020]此外，本专利技术的改性四氧化三铁粒子相比于其他填料而言，还具有成本低、模量高的优点。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的G
‑
Fe3O4的扫描电镜图(a)(b)和EDS能谱分析图(c)；
[0022]图2为G
‑
Fe3O4的TEM图；
[0023]图3为本专利技术中对比应用例4(a)、应用例1(b)和对比应用例5(c)所制备G
‑
Fe3O4/环氧复合涂层的低温冲击断口扫描电镜图；
[0024]图4为本专利技术中对比应用例4(a)、应用例1(b)和对比应用例5(c)所制备G
‑
Fe3O4/环氧复合涂层在中性盐雾试验360h后的宏观形貌图；
[0025]图5为本专利技术中对比应用例1(a)、对比应用例2(b)和对比应用例3(c)所制备环氧复合涂层的低温冲击断口扫描电镜图；
[0026]图6为本专利技术中对比应用例1(a)、对比应用例2(b)和对比应用例3(c)所制备环氧复合涂层在中性盐雾试验360h后的宏观形貌图；
[0027]图7为实施例1和对比例1～2产品的红外谱图。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性四氧化三铁粒子，包括四氧化三铁内核和外壳，所述外壳为甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物；所述内核和外壳之间通过硅烷偶联剂连接。2.根据权利要求1所述的改性四氧化三铁粒子，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括KH570。3.根据权利要求1所述的改性四氧化三铁粒子，其特征在于，所述改性四氧化三铁粒子的平均粒径为140～170nm；所述外壳的厚度为20～50nm。4.权利要求1～3任一项所述改性四氧化三铁粒子的制备方法，包括以下步骤：将Fe3O4分散液和硅烷偶联剂水溶液混合，在pH值为3～4的条件下进行接枝反应，得到中间Fe3O4；将所述中间Fe3O4的分散液、引发剂和甲基丙烯酸缩水甘油酯混合，进行聚合反应，得到改性四氧化三铁粒子。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量百分含量为50～90％；所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂包括KH570；所述硅烷偶联剂水溶液与Fe3O4分散液中Fe3O4的质量比为(2～4)：1。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：满成，孙议祥，国景一，崔中雨，王昕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：