一种制备纳米材料掺杂的环氧树脂涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备环氧树脂涂层的方法。
【背景技术】
[0002]环氧树脂涂层由于具有杰出的附着力和耐化学性，良好的加工性能和电绝缘性等优点而被广泛应用于防腐涂层领域，尤其是在抵抗氯化物造成的钢筋腐蚀方面效果显著。环氧树脂涂层用于保护钢铁和其他金属基体免受腐蚀主要是通过两种方式实现。首先，涂层可以作为一层物理屏障阻挡水、氧气、氯化物等有害物质的进入。其次，涂层可以将腐蚀缓蚀剂等物质集中在金属表面来抵抗腐蚀性物质的侵蚀。
[0003]传统的环氧树脂涂层自身存在着缺陷，其一就是耐磨损性不良，表面容易造成损伤使钢筋产生局部腐蚀，给混凝土结构带来重大风险。其二是抗开裂能力较差，在环氧树脂固化过程中，会产生较大的体积收缩，造成表面裂缝，而裂缝又会成为通道来加速水、氧气和其它有害物质进入金属表面，降低了其作为隔层的阻挡作用，造成金属的局部腐蚀，再者，环氧树脂具有亲水性，会从环境中吸收水分，这也进一步加剧了金属的腐蚀，尤其是在水环境中这些缺陷的存在限制了环氧树脂涂层在防腐及其它领域的推广应用。
[0004]最近几年，引入纳米材料来改善环氧树脂涂层力学性能和防腐性能的研究引起了人们的广泛关注，纳米材料拥有较大的比表面积，在纳米材料和涂层的界面之间产生强烈的交互作用，提高了环氧涂层的完整性和耐久性，可以减轻传统环氧树脂涂层的缺陷。除了改善环氧涂层的属性及对金属保护能力外，纳米材料还可以减少涂层起泡或分层的趋势。
[0005]现有的纳米材料改良环氧涂层的方法都只是将一种纳米材料引入到环氧涂层中，防腐能力以及硬度较低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要解决目前纳米材料改良环氧涂层的方法都只是将一种纳米材料引入到环氧涂层中，防腐能力以及硬度较低的技术问题，而提供一种制备纳米材料掺杂的环氧树脂涂层的方法。
[0007]本发明的一种制备纳米材料掺杂的环氧树脂涂层的方法是按以下步骤进行的:
[0008]—、分别制备固化剂与环氧树脂的水溶液:用去离子水I和环氧树脂均匀混合，得到环氧树脂水溶液；用去离子水II和固化剂均匀混合，得到固化剂水溶液；所述的去离子水I和环氧树脂的质量比为1: (I?2);所述的去离子水II和固化剂的质量比为1: (I?2);所述的固化剂与环氧树脂的质量比为1: (I?3);
[0009]二、引入多种纳米材料:在转速为1000r/min?1800r/min的条件下将防腐缓蚀剂加入到步骤一得到的环氧树脂水溶液中，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，然后加入纳米Fe2O3,在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，最后加入碳纳米纤维，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，超声5min?30min，得到混合液I ;所述的防腐缓蚀剂与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (50?200);所述的纳米Fe2O3与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (100?1000);所述的碳纳米纤维与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (1000?10000);所述的防腐缓蚀剂为铬酸盐腐蚀缓蚀剂、亚硝酸盐缓蚀剂或聚硅酸盐缓蚀剂；所述的碳纳米纤维为多壁碳纳米管、普通多壁碳纳米管或碳纳米管纤维中的一种或几种的混合物；
[0010]三、加入固化剂:在转速为1000r/min?1800r/min的条件下将步骤一得到的固化剂水溶液加入到步骤二得到的混合液I中，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?lOmin，然后超声5min?30min，得到混合液II ；
[0011]四、浸泡金属基片，干燥:将金属基片完全浸入到步骤三得到的混合液II中，浸泡50s?200s，然后取出金属基片，在温度为20°C?50°C的干燥箱中干燥20h?30h，然后在温度为20°C?30 °C和相对湿度为30%?60%的条件下静置5天?10天，在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层。
[0012]纳米材料拥有较大的比表面积，在纳米材料和涂层的界面之间产生强烈的交互作用，提高了环氧涂层的完整性和耐久性。除了改善环氧涂层的属性及对金属保护能力外，纳米材料还可以减少涂层起泡或分层的趋势；在本发明中碳纳米纤维在拔出过程中需要消耗大量的能量，从而起到对裂缝两侧材料的“桥联”作用；本发明中加入Fe2O3可以抬高环氧树脂的反应速率改善密实度，同时在Fe2O3分散过程中起到对碳纳米纤维分散的球磨作用，促进碳纳米纤维和Fe2O3同时实现优良分散，全面提高环氧树脂的性质如密实度，硬度，降低孔隙率等来减少钢筋的腐蚀。
[0013]本发明利用具有不同功能纳米材料间(纳米Fe2O3和碳纳米纤维)的协同效应，得出了一种更加高效的提高环氧树脂涂层防腐性能的方法。
【附图说明】
[0014]图1是腐蚀曲线，曲线I是试验四在金属基片表面上得到环氧树脂涂层，曲线2是试验一在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层，曲线3是试验二在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层，曲线4是试验三在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层；
[0015]图2为试验四在金属基片表面上得到环氧树脂涂层的SEM ;
[0016]图3是试验三在金属基片表面上得到环氧树脂涂层的SEM ;
[0017]图4是硬度检测曲线图，图中A是试验一在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层，B是试验二在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层，C是试验三在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层，D是试验四在金属基片表面上得到环氧树脂涂层。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式为一种制备纳米材料掺杂的环氧树脂涂层的方法，具体是按以下步骤进行的:
[0019]—、分别制备固化剂与环氧树脂的水溶液:用去离子水I和环氧树脂均匀混合，得到环氧树脂水溶液；用去离子水II和固化剂均匀混合，得到固化剂水溶液；所述的去离子水I和环氧树脂的质量比为1: (I?2);所述的去离子水II和固化剂的质量比为1: (I?2);所述的固化剂与环氧树脂的质量比为1: (I?3);
[0020]二、引入多种纳米材料:在转速为1000r/min?1800r/min的条件下将防腐缓蚀剂加入到步骤一得到的环氧树脂水溶液中，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，然后加入纳米Fe2O3,在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，最后加入碳纳米纤维，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?20min，超声5min?30min，得到混合液I ;所述的防腐缓蚀剂与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (50?200);所述的纳米Fe2O3与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (100?1000);所述的碳纳米纤维与步骤一所述的环氧树脂的质量比为1: (1000?10000);所述的防腐缓蚀剂为铬酸盐腐蚀缓蚀剂、亚硝酸盐缓蚀剂或聚硅酸盐缓蚀剂；所述的碳纳米纤维为多壁碳纳米管、普通多壁碳纳米管或碳纳米管纤维中的一种或几种的混合物；
[0021]三、加入固化剂:在转速为1000r/min?1800r/min的条件下将步骤一得到的固化剂水溶液加入到步骤二得到的混合液I中，在转速为1000r/min?1800r/min的条件下搅拌5min?lOmin，然后超声5min?30min，得到混合液II ；
[0022]四、浸泡金属基片，干燥:将金属基片完全浸入到步骤三得到的混合液II中，浸泡50s?200s，然后取出金属基片，在温度为20°C?50°C的干燥箱中干燥20h?30h，然后在温度为20°C?30 °C和相对湿度为30%?60%的条件下静置5天?10天，在金属基片表面上得到纳米材料掺杂的环氧树脂涂层。
[0023]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步