一种具有高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层及其制备方法与流程

1.本发明涉及液晶高分子材料技术领域，尤其涉及一种具有高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层及其制备方法。


背景技术：

2.聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，英文名为polyphenylene sulfide，简称为pps，聚苯硫醚通常为白色或米黄色的颗粒或粉末状产品，是分子链中带有苯硫基的热塑性树脂，其中，苯环与硫原子交替组成的链结构使其结构的刚性和规整性好，从而使得聚苯硫醚具有较高强度和良好的尺寸稳定性、抗蠕变性、耐疲劳性、耐溶剂、耐化学腐蚀性以及良好的阻燃性和成型加工性，此外聚苯硫醚还具有优良的绝缘性。
3.在现有技术中，一般通过在聚苯硫醚树脂中引入耐腐蚀性能优异的聚合物或填料制备悬浮液，然后，利用静电喷涂、悬浮液喷涂、等离子涂装、火焰喷涂、空气喷涂和硫化床喷涂等方式制备聚苯硫醚涂层，这种方式能够提升聚苯硫醚的防腐性能，但无法满足强腐蚀环境下对聚苯硫醚涂层的防腐性能的需求，
4.因此，现有技术还有待于进步和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层及其制备方法，旨在解决现有的聚苯硫醚涂层的耐腐蚀性能差的技术问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，包括步骤：
8.提供超疏水纳米二氧化硅溶胶，其中，所述超疏水纳米二氧化硅溶胶的粒径为200
‑
500nm；
9.将所述超疏水纳米二氧化硅溶胶、氟树脂和聚苯硫醚进行混合及超声分散，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液；
10.将所述聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液涂布在基板上，其后，在60
‑
100℃的条件下烘干，并在200
‑
300℃的条件下进行固化处理，即得到高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层。
11.所述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，所述氟树脂为聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯
‑
四氟乙烯共聚物、乙烯
‑
三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯中的一种或多种。
12.所述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，所述将所述超疏水纳米二氧化硅溶胶、氟树脂和聚苯硫醚进行混合及超声分散，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液的步骤中，所述氟树脂和所述聚苯硫醚的质量比为6：4
‑
9：1。
13.所述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，所述超疏水纳米二氧化硅溶胶的加入量为5
‑
20ml/g(聚苯硫醚和氟树脂)。
14.所述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，所述基板为铝片。
15.所述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其中，所述将所述聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液涂布在基板上的步骤中，涂布的厚度为100um、200um或500um。
16.本发明还提供有一种高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层，其中，采用如前述的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法制备而成。
17.有益效果：本发明中以聚苯硫醚为基材，加入氟树脂和超疏水纳米二氧化硅溶胶制备成稳定的悬浮液，其后，利用涂布及热固化的方式得到高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层，一方面，通过共混加入的氟树脂能够提升体系耐腐蚀性能，另一方面，通过对涂层进行疏水化处理，提高了涂层自身的清洁能力，能够有效减少腐蚀液的侵入。
具体实施方式
18.本发明提供一种高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.在本发明中，所提供的超疏水纳米二氧化硅溶胶通过下述方法制备而成：
20.将正硅酸四乙酯溶解到无水乙醇中，通过磁力搅拌器在温度为30
‑
40℃，以及转速为700
‑
900rpm/min的条件下搅拌3
‑
4h，在搅拌过程中，添加适量氨水对混合溶液的ph值进行调整，使得整个体系的ph值保持在8
‑
10，其后，加入改性剂，所加入的改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷和氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种，且加入的正硅酸四乙酯和改性剂的体积比为2：1
‑
5：1，继续搅拌反应2
‑
3h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。在本发明中，为使得超疏水纳米二氧化硅溶胶与氟树脂以及聚苯硫醚形成稳定的悬浮液，优选粒径为200
‑
500nm的超疏水纳米二氧化硅溶胶。
21.需要说明的是，在超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备过程中，体系的ph值会对所制备的超疏水纳米二氧化硅溶胶的粒径造成影响，当体系的ph值为8
‑
10时，超疏水纳米二氧化硅溶胶的粒径为200
‑
500nm，聚合物分散指数(pdi)为0.25
‑
0.55，其中，当体系的ph为9时，所制备的超疏水纳米二氧化硅溶胶的平均粒径为200nm左右，聚合物分散性指数(pdi)为0.25，从而表明，当体系的ph为9时，所制备的超疏水纳米二氧化硅的粒径最小，且分散最为均匀，同时，所制备的超疏水纳米二氧化硅溶胶的接触角可高达148
°
，超疏水效果较优。
22.由于单分散二氧化硅微粒的形成过程较为复杂，根据碱催化理论，本发明的超疏水纳米二氧化硅溶胶的反应系统中正硅酸四乙酯的水解速率大于缩合速率，水解产物的缩合过程是在多方向上同时进行，从而可形成小分子链交联微核结构，在反应初期，碱性环境较弱时，随着氨水用量增加，水解速率大于缩合速率，溶胶的平均粒径减小，而在反应后期，随着碱性越来越强，缩合速率大于水解速率，溶胶的平均粒径会逐渐增大，得到粒径范围为200
‑
500nm的超疏水纳米二氧化硅溶胶。
23.进一步地，本发明提供了一种高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法，其包括有步骤：
24.s10、提供超疏水纳米二氧化硅溶胶，其中，所述超疏水纳米二氧化硅溶胶的粒径为200
‑
500nm；
25.s20、将所述超疏水纳米二氧化硅溶胶、氟树脂和聚苯硫醚进行混合及超声分散，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液；
26.s30、将所述聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液涂布在基板上，其后，在60
‑
100℃的条件下烘干，并在200
‑
300℃的条件下进行固化处理，即得到高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层。
27.需说明的是，氟树脂为分子结构中含有氟原子的一类热塑性树脂，主要品种有聚四氟乙烯(ptfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、乙烯
‑
四氟乙烯共聚物(etfe)、乙烯
‑
三氟氯乙烯共聚物(ectfe)、聚氟乙烯(pvf)等。氟树脂是一类适合应用于高温、强腐蚀环境下的特种工程塑料，其具有优异的耐高、低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、阻燃性等特性，但是氟树脂涂层与基体的结合强度差，使其作为涂料应用时受到很大限制，若要把氟树脂制成涂料应用，则需要解决其与金属基体结合强度差的问题。
28.在本发明的步骤s20中，将超疏水纳米二氧化硅溶胶、氟树脂和聚苯硫醚进行混合的过程中，由于氟树脂的耐腐蚀性能优于聚苯硫醚，但其加工性能较差，因此，氟树脂在体系中相当于耐腐蚀添加剂，所加入的氟树脂的量小于聚苯硫醚的量。d优选地，本发明中，在混合过程中所加入的聚苯硫醚和氟树脂的质量比为6：4
‑
9：1。进一步地，所添加的超疏水纳米二氧化硅溶胶的量为，每克氟树脂和聚苯硫醚的混合物中添加有5
‑
20ml的超疏水纳米二氧化硅溶胶，其中，每克氟树脂和聚苯硫醚的混合物中添加10ml的超疏水纳米二氧化硅溶胶时，所得到的聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液在基板上的涂布效果最优。
29.进一步地，在本发明的步骤s30中，通过将聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的基板上，通过涂布机的涂布棒进行均匀涂覆，可得到不同厚度的涂层，其后，将得到的涂层通过鼓风烘箱在60
‑
100℃下烘干2
‑
4h，最后，将烘干后的涂层在马弗炉中200
‑
300℃的条件下进行0.5
‑
1h的热固化处理，即可得到高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层。其中，在热处理过程中，聚苯硫醚的c
‑
s键会断裂形成活泼的大分子自由基，得到的活泼的大分子自由基对温度敏感，在持续受热的条件下分子链会不断增长形成超分子链，最后，形成的超分子链在温度更高的环境下，与苯环发生热氧化交联，从而形成三维网状结构。
30.本发明中以聚苯硫醚为基材，加入氟树脂和超疏水纳米二氧化硅溶胶制备成稳定的悬浮液，其后，利用涂布及热固化的方式得到高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层，一方面，通过共混加入的氟树脂能够提升体系耐腐蚀性能，另一方面，通过对涂层进行疏水化处理，提高了涂层自身的清洁能力，能够有效减少腐蚀液的侵入。具体地，在本发明中，所采用的超疏水涂层作为一种多功能仿生材料，借助其特殊的表面结构能够有效地形成气膜屏障，从而大幅度的减少涂层与腐蚀介质之间的接触面积，同时，超疏水表面具有较强的抗污能力，使得腐蚀物质不能长时间的停留在涂层表面。
31.下面通过具体实施例对本发明一种高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备方法做进一步的解释说明：
32.实施例1
33.超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备：取3ml的正硅酸四乙酯溶解到100ml的无水乙醇中，并在温度为30℃，转速为800rmp/min的条件下进行搅拌，搅拌过程中加入氨水使混合溶液的ph调节至8，反应3h，其后，加入1ml十六烷基三甲氧基硅烷，继续反应2h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。
34.高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备：去上述超疏水纳米二氧化硅溶胶10ml，其后，取0.9g的聚苯硫醚和0.1g的聚四氟乙烯于超疏水纳米二氧化硅溶胶中，超声分散20min，并经磁力搅拌1h，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液。
35.取5ml聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的铝片上，通过涂布机进行涂布均匀，涂布棒选用200um规格，制备得到厚度为200um的涂层，涂布后的涂层通过鼓风烘箱在80℃烘干2h，其后，将烘干的涂层置于马弗炉中，在280℃的下热固化处理1h。
36.实施例2
37.超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备：取3ml的正硅酸四乙酯溶解到100ml的无水乙醇中，并在温度为30℃，转速为800rmp/min的条件下进行搅拌，搅拌过程中加入氨水使混合溶液的ph调节至9，反应3h，其后，加入1ml十六烷基三甲氧基硅烷，继续反应2h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。
38.高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备：去上述超疏水纳米二氧化硅溶胶10ml，其后，取0.9g的聚苯硫醚和0.1g的聚四氟乙烯于超疏水纳米二氧化硅溶胶中，超声分散20min，并经磁力搅拌1h，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液。
39.取5ml聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的铝片上，通过涂布机进行涂布均匀，涂布棒选用200um规格，制备得到厚度为200um的涂层，涂布后的涂层通过鼓风烘箱在80℃烘干2h，其后，将烘干的涂层置于马弗炉中，在280℃的下热固化处理1h。
40.实施例3
41.超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备：取5ml的正硅酸四乙酯溶解到100ml的无水乙醇中，并在温度为30℃，转速为800rmp/min的条件下进行搅拌，搅拌过程中加入氨水使混合溶液的ph调节至9，反应3h，其后，加入1ml十六烷基三甲氧基硅烷，继续反应2h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。
42.高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备：去上述超疏水纳米二氧化硅溶胶10ml，其后，取0.9g的聚苯硫醚和0.1g的聚四氟乙烯于超疏水纳米二氧化硅溶胶中，超声分散20min，并经磁力搅拌1h，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液。
43.取5ml聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的铝片上，通过涂布机进行涂布均匀，涂布棒选用200um规格，制备得到厚度为200um的涂层，涂布后的涂层通过鼓风烘箱在80℃烘干2h，其后，将烘干的涂层置于马弗炉中，在280℃的下热固化处理1h。
44.实施例4
45.超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备：取5ml的正硅酸四乙酯溶解到100ml的无水乙醇中，并在温度为30℃，转速为800rmp/min的条件下进行搅拌，搅拌过程中加入氨水使混合溶液的ph调节至9，反应3h，其后，加入1ml十六烷基三甲氧基硅烷，继续反应2h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。
46.高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备：去上述超疏水纳米二氧化硅溶胶10ml，其后，取0.7g的聚苯硫醚和0.3g的聚四氟乙烯于超疏水纳米二氧化硅溶胶中，超声分散20min，并经磁力搅拌1h，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液。
47.取5ml聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的铝片上，通过涂布机进行涂布均匀，涂布棒选用200um规格，制备得到厚度为200um的涂层，涂布后的涂层通过鼓风烘箱在80℃烘干2h，其后，将烘干的涂层置于马弗炉中，在280℃的下热固化处理1h。
48.实施例5
49.超疏水纳米二氧化硅溶胶的制备：取5ml的正硅酸四乙酯溶解到100ml的无水乙醇中，并在温度为30℃，转速为800rmp/min的条件下进行搅拌，搅拌过程中加入氨水使混合溶液的ph调节至9，反应3h，其后，加入1ml十六烷基三甲氧基硅烷，继续反应2h，得到超疏水纳米二氧化硅溶胶。
50.高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的制备：去上述超疏水纳米二氧化硅溶胶10ml，其后，取0.6g的聚苯硫醚和0.4g的聚四氟乙烯于超疏水纳米二氧化硅溶胶中，超声分散20min，并经磁力搅拌1h，得到聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液。
51.取5ml聚苯硫醚/氟树脂/超疏水纳米二氧化硅悬浮液置于洁净的铝片上，通过涂布机进行涂布均匀，涂布棒选用200um规格，制备得到厚度为200um的涂层，涂布后的涂层通过鼓风烘箱在80℃烘干2h，其后，将烘干的涂层置于马弗炉中，在280℃的下热固化处理1h。
52.进一步地，本发明中，对实施例1至实施例5中所制备的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的耐腐蚀性能进行分析，结果如下表所示：
[0053][0054][0055]
需要说明的是，在上表中作为对照的对照组采用的是聚苯硫醚涂层，从上表结果可看出，本发明所制备的高耐腐蚀性的聚苯硫醚涂层的耐腐蚀性能较普通的聚苯硫醚涂层具有明显的提升。
[0056]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。