一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术属于金属基材表面进行改性领域，涉及一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法。以正硅酸乙酯、γ

【技术实现步骤摘要】
一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料科学领域，旨在对金属基材表面进行改性，具体涉及的是一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米有机硅薄膜的研究制备，现如今最常用的技术且成本较低的方法就是溶胶凝胶法。其主要通过含有机元素硅烷类的水解和缩聚，和二氧化硅粒子的交联聚合形成一排有机和无机的杂化链，其中交联是通过分子间的共价键结合在一起的，从而可以提高有机硅聚合物的耐磨和防腐蚀性能，因此有机
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无机杂化材料兼具了有机材料和无机材料的特性，而成为新材料的研发热点。所以有机硅属于有机和无机的杂化分子。目前有机硅杂化材料大都选择侧链为不同烷基基团的有机硅前驱物，这种烷基基团可以是甲基、苯基、环氧基等，不同的前躯物上面的烷基基团对生成的聚合物的性能也有很大的影响，要想获得更好的耐磨防腐的性能就得要配比不同的前驱物。
[0003]由于有机硅的疏水性能和防腐蚀性能主要由前驱物侧链不同的有机基团来决定的，比如烷基基团，有机氟化物因氟原子的电负性大、直径小，所形成的C
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F键能高、键长短，所以能将键长隐藏起来，从而具有高的表面活性，高的耐热性，高的化学稳定性和憎水性等。所以，比起侧链含有烷基基团的前驱物，侧链含有有机氟化物的有机硅前驱物制得的纳米有机硅薄膜具有更优异的性能。现如今对于纳米有机硅薄膜的制备方法都是千篇一律的，但是真正通过该方法指的更好性能的却了了无几，其中对于各种反应物的配比以及反应时间和温度的控制也是非常精细的，甚至对于陈化时间也都是有要求的。各种学术研究报告上大多以醋酸为催化剂，促进前驱物水解，但是由于醋酸是弱酸，而且会导致生成凝胶粘度降低，西安交大的杨靖在“辽宁化工”第四期介绍了不同的酸性催化剂对生成的硅溶胶性能的影响中提到，催化剂的种类和浓度对正硅酸乙酯的水解速率和水解程度、薄膜厚度等都有不同程度的影响，通过实验对比得出，醋酸催化生成的硅溶胶在基体上的溶胶固含量大小是最小的，这就导致基体上薄膜的涂覆不是很均匀分布，虽然硫酸作为强酸同样可以促进前驱物的水解缩合，但是同样条件下硫酸溶胶所制得的二氧化硅膜膜层的孔隙率较大，盐酸作为强酸，粘度是最高的，而且对各方面性能影响是比较适中的，所以在制备硅溶胶的过程中比较适合采用盐酸作催化剂。此外除了反应物本身的影响之外，在制膜时，由于溶胶在固化的过程中内部应力不均匀而引起膜层的收缩或破裂，这个在现如今的硅溶胶制膜技术中是很常见的，针对目前有机硅薄膜制备方法中开裂的问题的，以及硅溶胶在常温下固化时间长的问题，在现有技术研究很少，因此，本专利技术提供一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，节能环保，其技术方案是以预处理的铝合金为基底，利用溶胶
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凝胶法在酸性条件下，通过控制硅烷偶联剂的量、搅拌的时间、二乙烯三胺的量获得不同物质的量浓度的硅溶胶，使正硅酸乙酯、γ
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(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷水解生成纳米氧化硅粒子，通过粒子之间的缩聚反应，交联在一起生成带有含氟基团的硅溶胶，制备获得的硅溶胶在密闭环境下陈化三天，通过浸渍提拉法在预处理好的铝合金基体上涂覆硅溶胶，在室温下即可快速干燥形成均匀完整的有机硅薄膜。
[0005]本专利技术技术方案，经过三个步骤实现。
[0006](1)纳米有机硅溶胶的制备：
[0007]室温下将无水乙醇加入到的烧杯中，加热恒温磁力搅拌器，加热温度，紧接着加入正硅酸乙酯，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，搅拌均匀，使其充分扩散，滴加去离子水和盐酸到烧杯中，缓慢滴加，使其混合均匀，便于反应，盖上保鲜膜后，继续反应90min，生成的氧化硅粒子粒径大约在5～25nm，然后分别用烧杯加入γ
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(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)和十三氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)，继续搅拌60min，有机前驱体参与水解和缩聚，与正硅酸乙酯生成的氧化硅粒子发生交联，形成三维网状结构，引入疏水基团，最后加入DETA，继续搅拌30min，得硅溶胶；
[0008]如果加入的催化剂量过多或有机溶剂的量过少，会导致硅溶胶发生凝固，对于步骤(1)中的有机溶剂和盐酸要控制其比例。
[0009]进一步，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸的摩尔比例优选范围为0.073～0.146：0.467～0.934：0.14～0.27：0.00091～0.0062；
[0010]正硅酸乙酯、二乙烯三胺、γ
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(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷摩尔质量比为0.073～0.146：0.18～0.94:0.027～0.055：0.014～0.027。进一步优选为：正硅酸乙酯：二乙烯三胺为0.073～0.146：0.37。
[0011]其中二乙烯三胺加入量对有机硅薄膜的干燥速度、涂层的表面均匀性、硬度及附着力等性能均有影响，用量较低或不含二乙烯三胺涂层容易破裂和脱落，并且疏水性，附着力均难以保证。二乙烯三胺加入量过高会导致在搅拌反应过程中，无水乙醇挥发过快，溶胶会由于无水乙醇的挥发变成凝胶，阻碍实验的进行。正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸、二乙烯三胺、γ
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(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷摩尔质量比为：1～2:6.4～12.8:1.9～3.8:0.0125～0.085:0.18～0.94:0.027～0.055:0.014～0.027。
[0012]搅拌器加热搅拌为65～70℃，搅拌时间为30～60min。
[0013](2)硅溶胶的陈化：
[0014]搅拌完成后，待其逐步降至室温，密封后放在干燥处静置陈化3天后备用，整个反应过程中，烧杯均需要用保鲜膜封住杯口。
[0015]硅溶胶的陈化时间越长，硅溶胶中的缩聚就越完全，陈化时间三天(72h)。
[0016](3)硅溶胶的涂覆与固化
[0017]利用浸渍提拉法将步骤(2)中陈化好的硅溶胶涂覆到铝合金基体上，利用镊子将金属基体牢牢夹住，通过人工方式将夹紧的金属基体浸入硅溶胶中浸泡30s，缓慢提拉，速度大概是1～1.5cm/min,上下提拉2～4次，将表面涂有硅溶胶的金属基体在常温下放置1～6h，待其完全固化，得到有机硅薄膜。
[0018]步骤(3)中的铝合金基体要采用酸洗处理，在用丙酮脱脂，紧接着用去离子水冲
洗，所有的步骤均在超声中进行。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点：
[0020](1)本专利技术制备的硅溶胶无需加热固化，在常温下发生高效率，短时间内固化，并且生成的膜完整均匀，不仅可以降低实验成本，改善制备工艺，而且防止高温下烘干所带来的不均匀内部应力，使得硅溶胶薄膜发生破裂。
[0021](2)硅溶胶中引入的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：(1)将无水乙醇加热温度到65～70℃，向其中加入正硅酸乙酯，通过搅拌使正硅酸乙酯充分混合于无水乙醇中；(2)在搅拌条件下，逐步滴加去离子水和盐酸，使正硅酸乙酯在高温搅拌下发生水解和缩聚反应；(3)步骤(2)反应后，加入一定量的γ
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(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷，再继续搅拌反应；(4)步骤(3)反应后再加入一定量的二乙烯三胺，继续搅拌，搅拌完成后，待其逐步降温，密封后静置陈化，得硅溶胶；(5)对金属基材进行表面处理，浸入硅溶胶中采用浸渍提拉法，将表面涂有硅溶胶的金属基体在常温下放置1～6h，完全固化制备得有机硅复合涂层。2.权利要求书1所述的常温可高效率固化新型纳米有机硅复合涂层的制备方法，其特征在于：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸的摩尔比例范围为0.073～0.146：0.467～0.934：0.14～0.27：0.00091...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓兵，王胜前，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：