本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种耐铝液腐蚀的纳米涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜材料。
现代的涂料正在逐步成为一类多功能性的工程材料，是化学工业中的一个重要行业。随着现代科学技术的发展，对涂料的科学技术创新也在发展，目前大部分涂料都存在着耐腐蚀性能差的特点，不足以满足现代化发展的要求。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐铝液腐蚀的纳米涂料及其制备方法和应用，该纳米涂料具有优异的耐腐蚀性能。
本发明提供了一种耐铝液腐蚀的纳米涂料，以质量分数计，包括以下组分：
30～50％硅溶胶、10～20％玻化微珠、30～50％纳米复合浆、0.1～0.2％硅烷偶联剂、0.1～0.3％季铵盐分散剂、5～15％乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液；
所述纳米复合浆包括质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水。
优选地，所述硅烷偶联剂的型号为kh550的硅烷偶联剂；
所述季铵盐分散剂选自型号cp-10的季铵盐分散剂。
优选地，所述氮化硅微粉的粒度为5～10微米；
所述纳米氮化硼的平均粒径为50～100nm；
所述金属硅粉的平均粒径为50～100微米。
优选地，所述玻化微珠的粒度为0.2～0.3mm；玻化微珠的密度为1300～1500kg/m3。
优选地，所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液选自型号707、707k、706和705中的一种或多种。
本发明提供了一种上述技术方案所述纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
将质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水球磨0.5～1h，得到纳米复合浆；
将硅溶胶和所述纳米复合浆混合后加入玻化微珠和季铵盐分散剂，搅拌，再加入硅烷偶联剂和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，再次搅拌，得到耐铝液腐蚀的纳米涂料。
优选地，所述搅拌的速率为600～800rpm；再次搅拌的速率为200～300rpm。
优选地，所述搅拌的时间为5～10min；再次搅拌的时间为3～5min。
本发明提供了一种改性陶瓷纤维湿法制品，由以下方法制得：
将上述技术方案所述纳米涂料刷涂、辊涂或喷涂到陶瓷纤维湿法制品表面，100～120℃下烘干0.5～1h，得到改性陶瓷纤维湿法制品。
本发明提供了一种耐铝液腐蚀的纳米涂料，以质量分数计，包括以下组分：30～50％硅溶胶、10～20％玻化微珠、30～50％纳米复合浆、0.1～0.2％硅烷偶联剂、0.1～0.3％季铵盐分散剂、5～15％乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液；所述纳米复合浆包括质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水。提供的纳米涂料中包括氮化硅微粉、纳米氮化硼和金属硅粉，辅以玻化微珠，使其制备的纳米涂层在400～1000℃中低温使用条件下的烧结性能较好，进而提升其耐腐蚀性能。还具有较高的涂层致密度。辅以玻化微珠的微孔效应，还具有较好的抗热震性能。实验结果表明：在质量分数10％hcl中漆膜浸泡288h无起泡、剥落、裂纹；在质量分数15％naoh中漆膜浸泡288h后，漆膜无起泡、剥落、裂纹；涂层加热到1000℃高温后，立即进行水冷，反复试验50次，涂层没有开裂；将带有涂层的不锈钢板插入电解铝槽中，涂层不粘铝水、不挂渣。
具体实施方式
本发明提供了一种耐铝液腐蚀的纳米涂料，以质量分数计，包括以下组分：
30～50％硅溶胶、10～20％玻化微珠、30～50％纳米复合浆、0.1～0.2％硅烷偶联剂、0.1～0.3％季铵盐分散剂、5～15％乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液；
所述纳米复合浆包括质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水。
本发明提供的纳米涂料中包括氮化硅微粉、纳米氮化硼和金属硅粉，辅以玻化微珠，使其制备的纳米涂层在400～1000℃中低温使用条件下的烧结性能较好，进而提升其耐腐蚀性能。还具有较高的涂层致密度。辅以玻化微珠的微孔效应，还具有较好的抗热震性能。
以质量分数计，本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括30～50％硅溶胶；所述硅溶胶是钠离子稳定的碱性硅溶胶或铵离子稳定的中性硅溶胶，sio2含量为30％，钠离子或铵离子含量不超过0.3％，采用市售品即可。所述硅溶胶的密度为1.29～1.31g/cm3。
本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括10～20％玻化微珠；所述玻化微珠的粒度为0.2～0.3mm；玻化微珠的密度为1300～1500kg/m3。
本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括30～50％纳米复合浆；所述纳米复合浆包括质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水。所述纳米复合浆中氮化硅微粉的粒度优选为5～10微米；所述纳米氮化硼的平均粒径优选为50～100nm；所述金属硅粉的平均粒径为50～100微米。在本发明中，所述苏州泥是指苏州阳山泥，是一种软质高岭土，质软，可塑性较强，其al2o3≥35％，fe2o3≤0.8％，烧失量≤15％。
在本发明中，所述纳米复合浆优选按照以下方法制得：
将质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水混合，球磨，得到纳米复合浆。
在本发明中，所述球磨采用本领域技术人员熟知的碳化硅磨料的球磨机。所述球磨的时间优选为8～12h。
本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括0.1～0.2％硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂优选选自型号kh550的硅烷偶联剂。
本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括0.1～0.3％季铵盐分散剂；所述季铵盐分散剂优选选自型号cp-10的季铵盐分散剂。
本发明提供的耐铝液腐蚀的纳米涂料包括5～15％乙酸乙烯酯-乙烯共聚(vae)乳液。所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液优选选自型号707、707k、706和705中的一种或多种，其固含量≥54.5％，乙烯含量为16±2％，ph值为4.0-6.0。
在本发明具体实施例中，所述纳米涂料具体包括质量比为40:30:20:0.2:0.1:10的硅溶胶、纳米复合浆、玻化微珠、cp-10季铵盐分散剂、kh550硅烷偶联剂和vae乳液；
或所述纳米涂料具体包括质量比为40:40:10:0.2:0.1:10的硅溶胶、纳米复合浆、玻化微珠、cp-10季铵盐分散剂、kh550硅烷偶联剂和vae乳液；
或所述纳米涂料具体包括质量比为30:50:10:0.2:0.1:10的硅溶胶、纳米复合浆、玻化微珠、cp-10季铵盐分散剂、kh550硅烷偶联剂和vae乳液。
本发明提供了一种上述技术方案所述纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
将质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水混合，球磨，得到纳米复合浆；
将硅溶胶和所述纳米复合浆混合后加入玻化微珠和季铵盐分散剂，搅拌，再加入硅烷偶联剂和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，再次搅拌，得到耐铝液腐蚀的纳米涂料。
在本发明中，所述氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水混合后球磨的时间优选为8～12h；球磨后使得纳米氮化硼和苏州泥包覆在金属硅粉表面，提高纳米复合浆的流动性和流平性能，制得悬浮性能良好各成分均匀的纳米复合浆。在本发明所述氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉均为市售商品。
在本发明具体实施例中，所述氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水的质量比具体为10：40：10：10：30；或20：30：10：10：30；或30：20：10：10：30。
在本发明中，所述搅拌的速率为600～800rpm；再次搅拌的速率为200～300rpm。所述搅拌的时间为5～10min；再次搅拌的时间为3～5min。在具体实施例中，搅拌的速率为800rpm；再次搅拌的速率为300rpm。
本发明提供了一种改性陶瓷纤维湿法制品，由以下方法制得：
将上述技术方案所述纳米涂料刷涂、辊涂或喷涂到陶瓷纤维湿法制品表面，100～120℃下烘干0.5～1h，得到改性陶瓷纤维湿法制品。
本发明将上述技术方案所述纳米涂料涂布在高纯陶瓷纤维板上自然晒干后于110℃烘干半小时，进行漆膜的性能测试。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种耐铝液腐蚀的纳米涂料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将10份平均粒径5-10微米的氮化硅微粉，40份平均粒径50～100纳米的氮化硼纳米粉，10份苏州泥，10份粒径50～100微米的金属硅粉，30份自来水，采用碳化硅磨料的球磨机球磨8-12小时后，得到纳米复合浆；
将40份密度为1.29～1.31g/cm3的硅溶胶，倒入涂料用高速分散机中，加入30份纳米复合浆，加入20份粒度为0.2～0.3mm且密度为1300～1500kg/m3的玻化微珠和0.2份cp-10季铵盐分散剂；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入0.1份的kh550硅烷偶联剂和10份型号为705的vae乳液，再将转速调至300r/min，低速混合3分钟后出料，制得耐腐蚀纳米涂料。
将实施例1制备的耐腐蚀纳米涂料辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行纳米涂层的性能测试，测试结果见表1，表1为本发明实施例1～3和对比例制备的纳米涂层的性能测试结果。
实施例2
将20份平均粒径5-10微米的氮化硅微粉，30份平均粒径50～100纳米的氮化硼纳米粉，10份苏州泥，10份粒径50-100微米的金属硅粉，30份自来水，采用碳化硅磨料的球磨机球磨8-12小时后，得到纳米复合浆；
将40份密度为1.29～1.31g/cm3的硅溶胶，倒入涂料用高速分散机中，加入40份纳米复合浆，加入10份粒度为0.2～0.3mm且密度为1300～1500kg/m3的玻化微珠和0.2份cp-10季铵盐分散剂；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入0.1份的kh550硅烷偶联剂和10份型号为707k的vae乳液，再将转速调至300r/min，低速混合3分钟后出料，制得耐腐蚀纳米涂料。
将实施例2制备的耐腐蚀纳米涂料辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行涂层性能测试。
实施例3
将30份平均粒径5-10微米的氮化硅微粉，20份平均粒径50～100纳米的氮化硼纳米粉，10份苏州泥，10份粒径50-100微米的金属硅粉，30份自来水，采用碳化硅磨料的球磨机球磨8-12小时后，得到纳米复合浆；
将30份密度为1.29～1.31g/cm3的硅溶胶，倒入涂料用高速分散机中，加入50份纳米复合浆，加入10份粒度为0.2～0.3mm且密度为1300～1500kg/m3的玻化微珠和0.2份cp-10季铵盐分散剂；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入0.1份的kh550硅烷偶联剂和10份型号为707的vae乳液，再将转速调至300r/min，低速混合3分钟后出料，制得耐腐蚀纳米涂料。
将实施例3制备的耐腐蚀纳米涂料辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行涂层性能测试。
对比例1
取市售的氮化硼含量25％的氮化硼涂料，辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行涂层性能测试。
对比例2
将20份平均粒径5-10微米的氮化硅微粉，40份平均粒径50～100纳米的氮化硼纳米粉，10份苏州泥，30份自来水，采用碳化硅磨料的球磨机球磨8-12小时后，得到纳米复合浆；
将40份密度为1.29～1.31g/cm3的硅溶胶，倒入涂料用高速分散机中，加入40份纳米复合浆，加入10份粒度为0.2～0.3mm且密度为1300～1500kg/m3的玻化微珠和0.2份cp-10季铵盐分散剂；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入0.1份的kh550硅烷偶联剂和10份型号为724的vae乳液，再将转速调至300r/min，低速混合3分钟后出料，制得纳米涂料。
将对比例2制备的纳米涂料辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行涂层性能测试。
对比例3
将30份平均粒径5-10微米的氮化硅微粉，20份平均粒径50～100纳米的氮化硼纳米粉，10份苏州泥，10份粒径50-100微米的金属铝粉，30份自来水，采用碳化硅磨料的球磨机球磨8-12小时后，得到纳米复合浆；
将30份密度为1.29～1.31g/cm3的硅溶胶，倒入涂料用高速分散机中，加入50份纳米复合浆，加入10份粒度为0.2～0.3mm且密度为1300～1500kg/m3的玻化微珠和0.2份cp-10季铵盐分散剂；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入0.1份的kh550硅烷偶联剂和10份型号为724的vae乳液，再将转速调至300r/min，低速混合3分钟后出料，制得耐腐蚀纳米涂料。
将对比例3制备的耐腐蚀纳米涂料辊涂到高纯陶瓷纤维板上，自然晒干后于110℃烘干半小时，进行涂层性能测试。
将本发明实施例1～3制备得到的纳米涂料依次编号为a、b、c，对比例1-3制备的样品编号为d、e、f。分别测试样品的耐酸性、耐碱性、涂层厚度、抗热震次数，得到如下表1所示数据：
表1本发明实施例1～3和对比例1～3制备的纳米涂层的性能测试结果
表中数据显示，本发明实施例1～3制备的耐腐蚀的纳米涂料所做的涂层耐酸、耐碱、不粘铝水、不挂渣，抗热震次数都在50次以上，铝水接触角在80°以上，涂层表面光滑，厚度均匀。
由以上实施例可知，本发明提供了一种耐铝液腐蚀的纳米涂料，以质量分数计，包括以下组分：30～50％硅溶胶、10～20％玻化微珠、30～50％纳米复合浆、0.1～0.2％硅烷偶联剂、0.1～0.3％季铵盐分散剂、5～15％乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液；所述纳米复合浆包括质量比为10～30：20～40：5～15：5～15：20～40的氮化硅微粉、纳米氮化硼、苏州泥、金属硅粉和水。提供的纳米涂料中包括氮化硅微粉、纳米氮化硼和金属硅粉，辅以玻化微珠，使其制备的纳米涂层在400～1000℃中低温使用条件下的烧结性能较好，进而提升其耐腐蚀性能。还具有较高的涂层致密度。辅以玻化微珠的微孔效应，还具有较好的抗热震性能。实验结果表明：在质量分数10％hcl中漆膜浸泡288h无起泡、剥落、裂纹；在质量分数15％naoh中漆膜浸泡288h后，漆膜无起泡、剥落、裂纹；铝水接触角为82～93°；涂层加热到1000℃高温后，立即进行水冷，反复试验50次，涂层没有开裂；将带有涂层的不锈钢板插入电解铝槽中，涂层不粘铝水、不挂渣。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。