一种复合ZIF改性的多功能涂料及其制备方法与流程

本发明属于有机高分子涂料，具体涉及一种复合zif改性的多功能涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业的不断发展，由材料腐蚀所带来的直接经济损失越来越大。金属腐蚀是自然界中最常见的材料失效行为之一，是金属与环境之间不可避免的作用，而有机涂料是有效预防腐蚀的最具有经济效益的方式之一。随着金属材料的使用要求不断提高，使用环境愈加恶劣，传统的有机涂料已满足不了市场的使用需要，于是针对有机涂料进行改性赋予新的功能已成为研究的焦点。

2、对于改性涂料增强涂层性能，常用的方法是通过少量添加具有一定结构或一定功能的功能物质，赋予涂料新的性能。这其中，二维片状材料被广泛涉及，当二维片状材料充分混合在涂层当中时，会产生“迷宫效应”，延长腐蚀介质侵入涂层的路径，增强涂层的阻隔作用。同时，通过类似mof，埃洛石纳米管，二氧化硅等纳米容器负载功能小分子，将其添加到涂料当中，可以使其在特定的刺激条件下释放功能小分子，从而实现自修复响应功能，大大延长了涂层的使用寿命与适用性。在专利cn202110538495.3中，公开了一种二维纳米杂化复合防腐涂料填料及其制备方法和应用，二维片状纳米防腐填料为石墨烯基纳米片/g-c3n4纳米片杂化并功能化处理后的二维纳米材料，使不同片状纳米材料在同一涂料系统中发挥各自优势，并防止其团聚，达到提高防腐性能的作用。在专利cn202210664949.6中，公开了一种无溶剂改性环氧防腐涂层及其制备方法和应用，其将制备形成的二维mof材料通过与硅烷偶联剂反应，提高其在涂层当中的分散性，制得了无溶剂性防腐涂料。在专利cn202310029880.4中，公开了一种界面钝化型重防腐粉末涂料及其制备方法和应用，其将mof材料与mxene材料相结合，使其与氰酸酯树脂的三嗪环结构形成致密的“迷宫状”交联网络，进一步阻止腐蚀介质在涂层中的渗透，得到了高性能的防腐涂料。

3、但上述改性防腐涂料都存在一定的缺陷，比如对二维材料的杂化工艺复杂，成本较高；或单一添加二维材料，提升涂料的性能有限，难以适用于复杂的腐蚀环境；又或所使用的填料原材料成本较高，经济效益不高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合zif改性的多功能涂料及其制备方法，通过不同溶剂（去离子水与甲醇）合成方式合成了二维zif与三维zif，并使其复合，该材料无需杂化或添加外加物质，即可在涂层中分散均匀，这种复合方式工艺简单，原材料成本较低，其不仅拥有二维片状zif的阻隔作用，而且具有三维zif的负载作用，可以通过添加铈盐，其中的铈离子起到防腐，抗紫外等功能。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种复合zif改性的多功能涂料，所述涂料的原料包括以下质量百分比的组分：

3、环氧树脂 32-44 %

4、固化剂 16-22 %

5、溶剂 27-38 %

6、复合zif填料 1-3 %

7、颜料 4-7 %

8、其它助剂 1-2 %

9、其中，所述复合zif填料由以下制备方法制备得到：金属盐、咪唑类有机配体与去离子水充分混合后，静置，得到溶液a；锌盐、咪唑类有机配体与铈盐（其中，铈盐作为缓蚀剂、抗紫外剂）充分溶解于甲醇中，得到溶液b；将溶液a与溶液b混合搅拌，离心得到的沉淀物经干燥得到复合zif填料。

10、优选的，所述复合zif填料具体由以下制备方法制备得到：称取一定质量的金属盐与咪唑类有机配体，加入到去离子水中，超声15min后用磁力搅拌15min，充分混合后在室温下静置4-6h，得到初步溶液a；再将一定质量的锌盐、咪唑类有机配体与铈盐，充分溶解于甲醇中，制成溶液b；将溶液a与溶液b混合，磁力搅拌6-8h，在8000 r/min条件下离心5 min，离心后的沉淀物分别用甲醇清洗一次，乙醇清洗两次，置于真空烘箱中50℃烘干24 h，得到复合zif填料。

11、优选的，所述其他助剂包括分散剂、流平剂和消泡剂，所述分散剂、流平剂、消泡剂的质量比为0.3-0.5:0.2-0.5:0.5-1。

12、优选的，所述金属盐为硝酸锌、氯化锌、硝酸钴或氯化钴。

13、优选的，所述咪唑类有机配体为苯并咪唑、2-甲基咪唑、2-氨基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑或2-氯甲基苯并咪唑。

14、优选的，所述锌盐为硝酸锌或氯化锌。

15、优选的，所述铈盐为硝酸铈、硫酸铈或氯化铈。

16、优选的，所述溶液a中金属盐、咪唑类有机配体的摩尔比为1：8，所述金属盐与去离子水的用量比为25mmol：50ml。

17、优选的，所述溶液b中锌盐、铈盐与咪唑类有机配体的摩尔比为1：1：8，所述锌盐与甲醇的用量比为25mmol：50ml。

18、优选的，所述溶液a与溶液b的体积比为1：1。

19、一种复合zif改性的多功能涂料的制备方法，包括以下步骤：

20、将复合zif填料与环氧树脂充分混合均匀，而后按比例加入固化剂、颜料以及其他助剂，并加入溶剂使其固含控制在55-65%，得到涂料，将所述涂料涂覆于表面预处理后的基材上高温固化得到防腐涂层。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、（1）本发明提供的一种复合zif改性的多功能涂料及其制备方法，其填料生产工艺简单，原料成本低廉，添加含量较少，适用于实际工业中。

23、（2）本发明无需对环氧树脂进行进一步的杂化或添加其他的外加物质，对环氧树脂及其固化剂的种类没有限制，可适用于多种涂料中。

24、（3）本发明设计的填料在涂层当中分散均匀，二维层状结构能有效防止腐蚀介质在涂层中的渗透。

25、（4）本发明在填料中负载铈盐作为缓蚀剂与抗紫外剂，所制备的涂料具有很高的抗腐蚀性能与抗光性能。

26、（5）本发明作为防腐涂料，涂层工艺简单易操作，降低了加工成本，时间成本，且适合大面积施工，本发明的施工操作方式多样，可适合多种场合和复杂环境下使用。

技术特征：

1.一种复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述涂料的原料包括以下质量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述其他助剂包括分散剂、流平剂和消泡剂，所述分散剂、流平剂、消泡剂的质量比为0.3-0.5:0.2-0.5:0.5-1。

3.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述金属盐为硝酸锌、氯化锌、硝酸钴或氯化钴。

4.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述咪唑类有机配体为苯并咪唑、2-甲基咪唑、2-氨基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑或2-氯甲基苯并咪唑。

5.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述锌盐为硝酸锌或氯化锌。

6.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述铈盐为硝酸铈、硫酸铈或氯化铈。

7.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述溶液a中金属盐、咪唑类有机配体的摩尔比为1：8，所述金属盐与去离子水的用量比为25mmol：50ml。

8.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述溶液b中锌盐、铈盐与咪唑类有机配体的摩尔比为1：1：8，所述锌盐与甲醇的用量比为25mmol：50ml。

9.根据权利要求1所述的复合zif改性的多功能涂料，其特征在于：所述溶液a与溶液b的体积比为1：1。

10.一种复合zif改性的多功能涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种复合ZIF改性的多功能涂料，涂料原料包括以下组分：环氧树脂、固化剂、溶剂、复合ZIF填料、颜料、助剂，复合ZIF填料制备步骤如下：金属盐、咪唑类有机配体与去离子水充分混合，静置，得到溶液A；锌盐、咪唑类有机配体与铈盐充分溶解于甲醇中，得到溶液B；溶液A与溶液B混合搅拌，离心得到的沉淀物经干燥得到复合ZIF填料。本发明通过不同溶剂合成方式合成二维ZIF与三维ZIF的复合ZIF填料，将其加入涂料中，无需对环氧树脂杂化或添加外加物质，即可在涂层中分散均匀，涂层因二维层状结构能防止腐蚀介质在涂层中的渗透以及三维ZIF的负载作用可添加功能小分子起到防腐、抗紫外，且工艺简单，原材料成本低。技术研发人员：甘美露,常守勤,冯秀梅,丁栋,李照磊,芮振宇,杜文骞受保护的技术使用者：江苏澄信检验检测认证股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26