CN105401145A - 一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液及其制备方法 - Google Patents

一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：硫酸铝铵0.7-1、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯16-20、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、烃基丁二酸3-4、棕榈蜡1-2、邻苯二甲酸酯2-3、季戊四醇3-4、氟化钙0.2-1。本发明的固化膜表面抗水性强，与铝合金基材的粘结强度高，对铝合金的保护效果好。

Description

一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液及其制备方法。
背景技术
硅烷由于其独特的分子结构、无毒环保、成本低、相容性好等特点开始被人们应用于金属防腐领域。硅烷经过水解可以与金属基体紧密的结合，在表面形成致密的膜层，对金属有良好的保护效果。但是当硅烷膜本身多孔，对腐蚀介质侵蚀抵抗力比较弱，在腐蚀环境中，Cl-等特别容易沿这些缺陷发生腐蚀，腐蚀产物在界面处的堆积会使界面形成应力区，造成膜层的剥离脱落，这样硅烷膜一旦遭到破坏，无法进行自修复，很容易造成金属基体的腐蚀。研究发现通过在硅烷膜中掺杂无机纳米粒子和具有自修复功能的物质（如Ce、La等稀土金属离子）制备有机-无机硅烷复合膜，可以有效的防止硅烷复合膜的这些缺陷。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：
硫酸铝铵0.7-1、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯16-20、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、烃基丁二酸3-4、棕榈蜡1-2、邻苯二甲酸酯2-3、季戊四醇3-4、氟化钙0.2-1。
一种所述的氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1-2:3-4:90-100的体积比混合，超声分散10-20分钟，加入冰醋酸，调节PH为4-5，在20-30℃下保温46-50小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述硫酸铝铵加入到10-14倍水中，搅拌均匀；
（3）将上述棕榈蜡、季戊四醇混合，加热到70-80℃，加入上述钛酸丁酯重量的16-20%，搅拌至常温，得预混酯料；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200-300倍、4-6%的乙醇溶液中，超声1-2分钟，加入邻苯二甲酸酯，在80-90℃的水浴中，保温搅拌10-16分钟，冷却，为稀土醇酯溶液；
（5）将上述剩余的钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1-2:25-30:2-3的体积比混合，搅拌均匀，加入上述稀土醇酯溶液，陈化20-24小时，加入预混酯料，在80-90℃的水浴中保温搅拌6-10分钟，得改性二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480-500℃下加热反应5-6小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80-100倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17-20分钟，与步骤（2）的硫酸铝铵溶液混合，继续超声1-2分钟，得超声乳液；
（8）将上述烃基丁二酸与氟化钙混合，在80-90℃下保温搅拌3-5分钟，与上述超声乳液混合，搅拌20-30分钟，加入上述偶联剂溶液、改性二氧化钛溶胶，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75-80℃下蒸馏1-2小时，冷却，即得。
所述的一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8-2%NaOH溶液及4-5%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115-120℃下固化110-120min，即得固化膜。
本发明的优点是：
本发明加入的碳纳米管化学性质非常稳定，其C-C单键是自然界中最稳定的化学键，能够有效的提高基材表面涂膜的耐蚀性和机械性能；
本发明加入了稀土硝酸盐，经钝化形成的氧化物和氢氧化物可以与有机硅烷的网状结构形成协同作用，与碳纳米管、二氧化碳形成致密的涂层，有效的抑制了阴极去极化反应和阳极溶解反应，降低了腐蚀速率，起到良好的防护作用；
本发明中二氧化钛的加入使硅烷复合膜的致密性增加，有效的阻止了Cl-、H2O和O2等腐蚀离子的侵蚀，能够抑制腐蚀产物的扩散，由于小孔阻塞效应，阻止腐蚀的进一步发生，这是因为一部分TiOH基团将会和金属表面的羟基、Si-OH发生反应，在铝合金基体表面协同吸附，这就有效的增强了膜层与基体的结合力，克服了单纯硅烷膜易于在基体表面剥离的缺点；
本发明在多壁碳纳米管表面生成了C-F键，可以改善与二氧化钛粒子在涂膜中的分散性，有效的降低团聚，同时还可以提高涂膜表面的抗水性；
本发明的复合膜对铝合金基体具有优异的保护性能，可以有效抑制阳极溶解反应，多壁碳纳米管可以与二氧化钛、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的官能团结合成键，起到了增加膜的致密性，提高了涂膜的稳定性的效果，可以有效的阻止腐蚀介质的浸入，从而提高抗腐蚀性能。
本发明的固化膜表面抗水性强，与铝合金基材的粘结强度高，对铝合金的保护效果好。
具体实施方式
一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，它是由下述重量份的原料组成的：
硫酸铝铵0.7、双(γ三乙氧基硅基丙基)四硫化物100、钛酸丁酯16、多壁碳纳米管3、硝酸铈0.8、三羟甲基丙烷0.3、聚四氟乙烯0.08、烃基丁二酸3、棕榈蜡1、邻苯二甲酸酯2、季戊四醇3、氟化钙0.2。
一种所述的氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述双(γ三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1:3:90的体积比混合，超声分散10分钟，加入冰醋酸，调节PH为4，在20℃下保温46小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述硫酸铝铵加入到10倍水中，搅拌均匀；
（3）将上述棕榈蜡、季戊四醇混合，加热到70℃，加入上述钛酸丁酯重量的16%，搅拌至常温，得预混酯料；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200倍、4%的乙醇溶液中，超声1分钟，加入邻苯二甲酸酯，在80℃的水浴中，保温搅拌10分钟，冷却，为稀土醇酯溶液；
（5）将上述剩余的钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1:25:2的体积比混合，搅拌均匀，加入上述稀土醇酯溶液，陈化20小时，加入预混酯料，在80℃的水浴中保温搅拌6分钟，得改性二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480℃下加热反应5小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17分钟，与步骤（2）的硫酸铝铵溶液混合，继续超声1分钟，得超声乳液；
（8）将上述烃基丁二酸与氟化钙混合，在80℃下保温搅拌3分钟，与上述超声乳液混合，搅拌20分钟，加入上述偶联剂溶液、改性二氧化钛溶胶，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75℃下蒸馏1小时，冷却，即得。
所述的一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8%NaOH溶液及4%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115℃下固化110min，即得固化膜。
性能测试：
弯曲粘性：
用本发明的固化膜成型液处理铝合金片材，固化成膜后，将铝片对折弯曲60度，用粘性胶带剥离弯曲部分3次，在X20放大镜下检测剥离程度，结果无裂纹；
将固化成膜后的铝合金片材在沸水中浸泡1小时，在室温下放置24小时，然后将铝片对折弯曲60度，用粘性胶带剥离弯曲部分3次，在X20放大镜下检测剥离程度，结果无裂纹；
耐腐蚀性：
用本发明的固化膜成型液处理铝合金片材，固化成膜后，将该材料横向切开，进行喷洒试验，所用试剂为浓度为5%的氯化钠溶液，试验时间300小时，测量在切割线一侧形成的鼓泡宽度，结果鼓泡宽度为0；
将固化成膜后的铝合金片材浸泡在浓度为5%的氯化钠溶液中，浸泡300小时，材料表面基本无变化，浸泡400小时，边缘出现极少量锈斑。

Claims (3)

1.一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的：
硫酸铝铵0.7-1、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物100-110、钛酸丁酯16-20、多壁碳纳米管3-5、硝酸铈0.8-1、三羟甲基丙烷0.3-1、聚四氟乙烯0.08-0.1、烃基丁二酸3-4、棕榈蜡1-2、邻苯二甲酸酯2-3、季戊四醇3-4、氟化钙0.2-1。
2.一种如权利要求1所述的氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将上述双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物与去离子水、无水乙醇按1-2:3-4:90-100的体积比混合，超声分散10-20分钟，加入冰醋酸，调节PH为4-5，在20-30℃下保温46-50小时，得偶联剂溶液；
（2）将上述硫酸铝铵加入到10-14倍水中，搅拌均匀；
（3）将上述棕榈蜡、季戊四醇混合，加热到70-80℃，加入上述钛酸丁酯重量的16-20%，搅拌至常温，得预混酯料；
（4）将上述硝酸铈加入到其体积200-300倍、4-6%的乙醇溶液中，超声1-2分钟，加入邻苯二甲酸酯，在80-90℃的水浴中，保温搅拌10-16分钟，冷却，为稀土醇酯溶液；
（5）将上述剩余的钛酸丁酯与无水乙醇、乙酸按1-2:25-30:2-3的体积比混合，搅拌均匀，加入上述稀土醇酯溶液，陈化20-24小时，加入预混酯料，在80-90℃的水浴中保温搅拌6-10分钟，得改性二氧化钛溶胶；
（6）将上述聚四氟乙烯、多壁碳纳米管混合加入到电阻炉中，在480-500℃下加热反应5-6小时，冷却出炉，将产物水洗、烘干，得氟化碳纳米管；
（7）将上述三羟甲基丙烷加入到80-100倍无水乙醇中，搅拌均匀，加入氟化碳纳米管，超声17-20分钟，与步骤（2）的硫酸铝铵溶液混合，继续超声1-2分钟，得超声乳液；
（8）将上述烃基丁二酸与氟化钙混合，在80-90℃下保温搅拌3-5分钟，与上述超声乳液混合，搅拌20-30分钟，加入上述偶联剂溶液、改性二氧化钛溶胶，加入剩余各原料，搅拌均匀，在75-80℃下蒸馏1-2小时，冷却，即得。
3.根据权利要求1所述的一种氟化碳纳米管铝合金固化膜成型液，其特征在于该铝合金固化膜成型液的使用方法为：
（1）将铝合金用碳化硅砂纸打磨后，再用0.5μm的金刚石研磨膏抛光，之后依次用丙酮、乙醇、水三种溶剂超声清洗，将清洗好的样品分别在1.8-2%NaOH溶液及4-5%的HNO3溶液中进行处理，最后用去离子水超声清洗，氮气干燥备用；
（2）将处理好的铝合金用浸渍法在上述溶液中提拉成膜，成膜后送入干燥箱中，115-120℃下固化110-120min，即得固化膜。
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