一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于改性树脂技术领域，公开了一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层及其制备方法，该方法包括如下步骤：(1)在金属基体表面制备一层环氧树脂涂层，形成金属基层；(2)将十六烷基三甲氧基硅烷、3

【技术实现步骤摘要】
一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及改性树脂领域，具体涉及一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂涂层由于其良好的防腐蚀性、与基体间优异的附着力、优异的力学性能和低成本等优点成为各领域中应用最广的涂层之一。但环氧树脂涂层由于固化收缩作用，在涂层内部易于形成结构缺陷，导致涂层应力损伤、裂纹扩展、收缩缝隙等，引起涂层失效。为了解决以上难题，可通过加入填料以改善涂层阻隔的作用，但大多数的填料是通过物理作用的形式分散在涂层中，因而填料与环氧树脂之间的界面相容性问题也成为了金属防护领域研究人员亟待解决的问题。
[0003]纳米晶纤维素(NCC)是一种高结晶度的可再生天然高分子聚合物，具有一维的纳米棒状结构，NCC的纳米级尺寸(宽度5～20nm，长度50～300nm)赋予其较高的反应活性，更容易通过物理或化学方法构建微/纳米粗糙结构。较大的长径比有利于NCC以更多方式和粘合树脂材料进行连接、交缠、调控，为设计微纳米粗糙结构提供基础；NCC重复结构单元间紧密的氢键作用使其热稳定性好、膨胀系数低。中国专利号为202110601960.3公布了“纳米纤维素中空微球的制备方法及其涂层材料”，该方法将纳米纤维素进行酯化改性，以二氯甲烷和丙烯酸酯类单体混合液为油相，通过Pickering乳液聚合法得到纳米纤维素中空微球复合材料，并应用在皮革、织物等领域中。中国专利号为202110797102.0公布了“一种纤维素纳米晶体/MXene自组装阻燃抗静电涂层及在玻璃钢上的应用”，该专利技术利用含磷酸掺杂含氮聚合物包覆纤维素纳米晶体，多酚辅助剥离的MXene，通过自组装制备阻燃抗静电涂层，并应用于玻璃钢上。以上专利公布了纳米晶纤维素在织物、皮革、玻璃钢等领域用于增加透气性、阻燃性、抗静电性，目前较少的将其应用在涂层的耐热耐溶剂中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层及其制备方法，通过对NCC进行改性并与环氧树脂发生化学反应，使改性的NCC和环氧树脂以化学键形式结合，增强树脂与填料之间的界面相容性以及基体和涂层的结合力，提升涂层的耐热性和耐溶剂性，从而制备得到耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)通过浸渍法在金属基体表面制备一层环氧树脂涂层，形成金属基层；
[0008](2)将十六烷基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、氨水和纳米晶纤维素溶液依次加入至无水乙醇内，在磁力搅拌的作用下，形成改性纳米晶纤维素溶液；
[0009](3)将环氧树脂加入至改性纳米晶纤维素溶液中，搅拌形成均匀地混合液，得到环
氧树脂/改性纳米晶纤维素混液；
[0010](4)将环氧树脂/改性纳米晶纤维素混液喷涂在金属基层上，老化后，在金属基体的表面得到耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层。
[0011]优选地，步骤(1)中，金属基体在制备前，先采用砂纸对金属进行表面打磨以除去表面氧化物，再超声清洗以清除表面的杂质与油污，然后干燥处理。
[0012]优选地，砂纸是选用的型号为180#、400#、800#和1200#，依次对金属基体表面打磨。
[0013]优选地，超声清洗是选用丙酮和无水乙醇依次进行清洗，干燥是使用冷风进行干燥。
[0014]优选地，步骤(1)中，浸渍法中的浸渍液为环氧树脂
‑
乙酸乙酯混合溶液，成分为环氧树脂和乙酸乙酯的质量体积比为(3～7)g:(20～40)mL。
[0015]更优选地，环氧树脂和乙酸乙酯的质量体积比为5g:30mL。
[0016]优选地，步骤(2)中，十六烷基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷和氨水的质量比为0.05～0.15:0.025～0.075:0.15～0.45。
[0017]更优选地，十六烷基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷和氨水的质量比为0.10:0.05:0.3。
[0018]优选地，步骤(2)中，纳米晶纤维素溶液的浓度为2％，加入的质量为1.25～12.5g；无水乙醇体积为25～75mL；磁力搅拌时间为0.5～1.5h。
[0019]更优选地，纳米晶纤维素溶液的加入质量为7.5g；无水乙醇体积为50mL；磁力搅拌时间为1h。
[0020]优选地，步骤(3)中，环氧树脂质量为2.5～7.5g，磁力搅拌时间为10～20min。
[0021]更优选地，环氧树脂的质量为5g，磁力搅拌时间为15min。
[0022]优选地，步骤(4)中，老化温度为70～90℃，老化时间为5～7h。
[0023]更优选地，老化温度为75℃，老化时间为6h。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层，使用上述制备方法制备得到，厚度为50～80μm。
[0025]所述耐热耐溶剂性纳米晶纤维素环氧涂层在不同基体上耐热耐溶剂中的应用。
[0026]本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术制备的疏水改性NCC/EP涂层，因掺杂有改性NCC，可起到减少环氧涂层在固化过程中收缩作用所造成的结构缺陷，延长涂层的使用寿命。
[0028](2)本专利技术制备的疏水改性NCC/EP涂层热稳定性好、膨胀系数低，可在较高温度、极性强的环境中使用。
[0029](3)本专利技术将低表面能物质改性纳的米晶纤维素分散在环氧树脂中，形成疏水改性NCC/EP涂层，疏水表面可减少腐蚀介质接触面积，掺杂的改性NCC具有棒状状结构，延长腐蚀介质进入金属基体表面的路径，以达到对金属的防腐蚀能力。
[0030](4)本专利技术制备的疏水改性NCC/EP涂层厚度为50～80μm，结合力强，不易脱落，能对基体形成有效保护。
[0031](5)本专利技术制备的疏水改性NCC/EP涂层不受基体类型、形状的限制，使用的原料成本低廉、来源广泛，易于推广应用。
附图说明
[0032]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0033]图1是本专利技术对比例1表面静态接触角照片，接触角为63.0
°
；
[0034]图2是本专利技术实施例1表面静态接触角照片，接触角为103.1
°
；
[0035]图3是本专利技术实施例6和对比例1在100℃、25℃高低温各2个小时循环0、20、40次的电化学阻抗谱；其中，a1为实施例6的|Z|
‑
Frequency图，a2为实施例6的Phase
‑
Frequency图，b1为对比例1的|Z|...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过浸渍法在金属基体表面制备一层环氧树脂涂层，形成金属基层；(2)将十六烷基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、氨水和纳米晶纤维素溶液依次加入至无水乙醇内，在磁力搅拌的作用下，形成改性纳米晶纤维素溶液；(3)将环氧树脂加入至改性纳米晶纤维素溶液中，搅拌形成均匀地混合液，得到环氧树脂/改性纳米晶纤维素混液；(4)将环氧树脂/改性纳米晶纤维素混液喷涂在金属基层上，老化后，在金属基体的表面得到耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层。2.根据权利要求1所述的耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，金属基体在制备前，先采用砂纸对金属进行表面打磨以除去表面氧化物，再超声清洗以清除表面的杂质与油污，然后干燥处理。3.根据权利要求1所述的耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备方法，其特征在于，砂纸是选用的型号为180#、400#、800#和1200#，依次对金属基体表面打磨。4.根据权利要求1所述的耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备方法，其特征在于，超声清洗是选用丙酮和无水乙醇依次进行清洗，干燥是使用冷风进行干燥。5.根据权利要求1所述的耐热耐溶剂性纳米晶纤维素涂层的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：康磊，曾巧，郭兴蓬，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：