一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜及其制备方法

本发明属于材料，更具体是涉及一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜及其制备方法。

背景技术：

1、钢铁是现代社会经济生活中必不可少的材料，在工农业生产和人民生活中有着广泛的应用，但各种钢铁制品表面易受大气介质和其它因素的影响而腐蚀生锈，大约为钢铁年产量的20％-30％。为了保护钢铁制品，延长其使用寿命，必须对其表面进行防腐处理。

2、有机-无机杂化是指将有机相和无机相结合起来的一种技术，其中无机组分主要是起到支撑涂层、提高涂层力学性能的作用，而有机组分主要是通过和不同的配体结合来改变涂层的使用性能。现有的专利中公布的无机材料和有机材料一般直接在水溶液混合，然后在金属表面形成膜层，这样会导致形成的膜层均一性较差。因此开发出无机材料和有机材料通过溶液凝胶法提前反应聚合制备的杂化膜在均一性良好的同时，还能对金属表面起到良好的耐腐蚀防锈效果。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：所述金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜包括如下重量份数的原料：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷10-13份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷6-9份、聚酰亚胺树脂4-5份、正硅酸乙酯55-70份、催化剂1-2份、硅烷偶联剂2-3份、纳米级二氧化钛10-13份、纳米级氧化锆7-8份、聚乙烯胺1-2份、去离子水75-90份、无水乙醇185-200份。

5、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：所述硅烷偶联剂为kh550、kh560中的一种或者一种以上。

6、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：所述催化剂为甲酸或乙酸中的一种或者一种以上。

7、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷10份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷6份、聚酰亚胺树脂4份、正硅酸乙酯55份、催化剂1份、硅烷偶联剂2份、纳米级二氧化钛10份、纳米级氧化锆7份、聚乙烯胺1份、去离子水75份、无水乙醇185份。

8、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：所述按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷11份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷7份、聚酰亚胺树脂4份、正硅酸乙酯60份、催化剂1份、硅烷偶联剂2份、纳米级二氧化钛11份、纳米级氧化锆7份、聚乙烯胺1份、去离子水80份、无水乙醇190份。

9、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：所述按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷12份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷8份、聚酰亚胺树脂5份、正硅酸乙酯65份、催化剂2份、硅烷偶联剂3份、纳米级二氧化钛12份、纳米级氧化锆8份、聚乙烯胺2份、去离子水85份、无水乙醇195份。

10、作为本发明所述的耐腐蚀防锈杂化膜的一种优选方案，其中：所述按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷13份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷9份、聚酰亚胺树脂5份、正硅酸乙酯70份、催化剂2份、硅烷偶联剂3份、纳米级二氧化钛13份、纳米级氧化锆8份、聚乙烯胺2份、去离子水90份、无水乙醇200份。

11、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜的制备方法。

12、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：具体步骤包括：

13、步骤1，反应釜中加入正硅酸乙酯55-70份、催化剂1-2份、去离子水75-90份，升温至60-70℃，500-1000转/分钟，搅拌10分钟，使正硅酸乙酯发生初步水解；

14、步骤2，在反应釜中继续加入1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷10-13份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷6-9份、聚酰亚胺树脂4-5份、无水乙醇185-200份，500-1000转/分钟，混合均匀3-4小时，使得所有材料充分水解；采用溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化材料，需预先将所有材料充分水解；

15、步骤3，在反应釜中继续加入硅烷偶联剂2-3份、纳米级二氧化钛10-13份、纳米级二氧化硅7-8份，聚乙烯胺1-2份，1000-3000转/min，在60℃下搅拌均匀6小时使其充分发生水解缩合形成溶胶。其中聚乙烯胺可提供伯氨基产生的氢键，更好的附着力，膜层更致密，阻水阻气，进一步提升了耐腐蚀防锈性能；

16、步骤4，将充分水解缩合的有机-无机杂化溶胶继续陈化4-8小时，制得一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化溶胶；

17、步骤5，将步骤4中的溶胶采用浸渍-提拉法涂覆进行过预处理的金属表面上，在室温条件下对其进行干燥处理再进行高温热处理，即得到一种应用在金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜。

18、本发明有益效果：

19、(1)本发明采用的原料不含强酸强碱且无毒无害，不会污染环境。

20、(2)本发明采用了溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化材料，其实质是正硅酸乙酯以及几种硅烷在催化剂的作用下，逐步水解、缩合，形成呈空间网状交联的杂化材料，与现有的技术中公布的无机材料和有机材料一般直接在水溶液混合然后在金属表面形成膜层不同，使用的溶胶-凝胶法制备属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜膜层均一性良好，进一步提升其耐腐蚀性能及防锈性能。

21、(3)本发明采用的聚酰亚胺树脂，主要用于电机绝缘槽，而且短时间可经受500℃以上的高温，并且耐有溶剂，与其他几种材料复配使用，其具有1+1＞2的防腐效果。

22、(4)本发明采用的聚乙烯胺，聚乙烯胺可提供伯氨基产生的氢键，更好的附着力，膜层更致密，阻水阻气，进一步提升了耐腐蚀防锈性能。

23、(5)本发明的适用范围广泛，可利用与各种金属材料的使用上。

24、(6)本发明的所有原料相互配合相互作用，体现出一加一大于二的效果，不仅改善了传统的无机材料和有机材料共混制膜均一性较差的缺点，还赋予其优良的耐腐蚀性和防锈性能。

25、(7)本发明操作简单，实用性高，能提供良好的经济效益。

技术特征：

1.一种金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：所述金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜包括如下重量份数的原料：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷10-13份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷6-9份、聚酰亚胺树脂4-5份、正硅酸乙酯55-70份、催化剂1-2份、硅烷偶联剂2-3份、纳米级二氧化钛10-13份、纳米级氧化锆7-8份、聚乙烯胺1-2份、去离子水75-90份、无水乙醇185-200份。

2.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为kh550、kh560中的一种或者一种以上。

3.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：所述的催化剂为甲酸或乙酸中的一种或者一种以上。

4.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷10份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷6份、聚酰亚胺树脂4份、正硅酸乙酯55份、催化剂1份、硅烷偶联剂2份、纳米级二氧化钛10份、纳米级氧化锆7份、聚乙烯胺1份、去离子水75份、无水乙醇185份。

5.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷11份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷7份、聚酰亚胺树脂4份、正硅酸乙酯60份、催化剂1份、硅烷偶联剂2份、纳米级二氧化钛11份、纳米级氧化锆7份、聚乙烯胺1份、去离子水80份、无水乙醇190份。

6.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷12份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷8份、聚酰亚胺树脂5份、正硅酸乙酯65份、催化剂2份、硅烷偶联剂3份、纳米级二氧化钛12份、纳米级氧化锆8份、聚乙烯胺2份、去离子水85份、无水乙醇195份。

7.根据权利要求1所述的金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜，其特征在于：按照重量份数，包括以下组分：1h，1h，2h，2h-全氟辛基三甲氧基硅烷13份、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷9份、聚酰亚胺树脂5份、正硅酸乙酯70份、催化剂2份、硅烷偶联剂3份、纳米级二氧化钛13份、纳米级氧化锆8份、聚乙烯胺2份、去离子水90份、无水乙醇200份。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述金属表面有机-无机耐腐蚀防锈杂化膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

9.如权利要求8所述的一种制备方法，其特征在于，所述具体步骤包括：

10.如权利要求8所述的一种制备方法，其特征在于，所述具体步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种金属表面有机‑无机耐腐蚀防锈杂化膜及其制备方法，所述的金属表面有机‑无机耐腐蚀防锈杂化膜由如下重量份数的原料组成：1H，1H，2H，2H‑全氟辛基三甲氧基硅烷10‑13份、双(4‑氨基苯氧基)二甲基硅烷6‑9份、聚酰亚胺树脂4‑5份、正硅酸乙酯55‑70份、催化剂1‑2份、硅烷偶联剂2‑3份、纳米级二氧化钛10‑13份、纳米级氧化锆7‑8份、聚乙烯胺1‑2份、无水乙醇185‑200份。本发明的金属表面有机‑无机耐腐蚀防锈杂化膜制造工艺简单，可直接运用于各类金属表层上，同时正硅酸乙酯及几种硅烷在催化剂的作用下，逐步水解、缩合，形成呈空间网状交联的杂化材料，再与纳米级材料共同使用，达到既能耐腐蚀又防锈的优点，并且未使用强酸强碱等有害物质不会损伤基材。

技术研发人员：张丹,李昀晓,韩瑞亭,戴佳静,司鹏翔,吴赟
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12