CN103131275A

CN103131275A - 一种纳米SiO2改性的氟碳涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN103131275A
Application number: CN2012105171125A
Authority: CN
Inventors: 宋仁国; 李鑫伟; 王超; 姜冬
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明涉及一种SiO₂纳米复合氟碳涂料的制备方法，其特征在于：所述氟碳涂料的组分按照质量百分数计为：纳米SiO₂，1-5%；40%固含量的丙烯酸树脂，25-28%；聚偏氟乙烯树脂，24-27%；气相二氧化硅，0.4%；铝银浆，6%；醋酸纤维素，4%；分散剂，2-5%；混合溶剂，余量。本发明将纳米SiO₂添加到氟碳涂料中，从而改善氟碳涂料的耐沾污性能、抗紫外老化性能、耐腐蚀性能等，属于涂料加工技术领域。

Description

一种纳米SiO2改性的氟碳涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种SiO₂纳米复合氟碳涂料的制备方法，主要是将纳米SiO₂添加到氟碳涂料中，从而改善氟碳涂料的耐沾污性能、抗紫外老化性能、耐腐蚀性能等，属于涂料加工技术领域。

背景技术

氟碳涂料具有很高的耐化学腐蚀性、耐热性、耐候性和耐久性，对许多酸碱、溶剂具有不活泼性，因而在各地区、各领域都得到广泛的应用；纳米SiO₂是无定型的白色粉末，是一种无味、无毒、无污染的无机非金属材料，它具有很高的活性，能够产生许多特别的如光学屏蔽等性质，其在橡胶改性、陶瓷、工程塑料、生物医学、建材、光学、树脂基复合材料改性中的应用已经有过许多的报道；在氟碳涂料中加入纳米SiO₂后，可以改善氟碳涂料的耐沾污、抗紫外老化和耐腐蚀性能。

经对现有技术的文献检索发现，南京航空航天大学卢翔等在《纳米SiO₂改性航空氟碳涂料的研究》中提到，将纳米SiO₂在混合溶剂中分散好后，加入氟碳树脂还要再高速分散2h，超声分散1h，而本专利中将氟碳树脂等加入后只需搅拌均匀就好，大大缩短的涂料配制的时间，这在实际生产应用中所节省的干燥时间是可观的；卢翔通过加入纳米SiO₂提高氟碳涂料的抗老化性能，马立治等在《氟碳涂料在铁质文物封护中的应用研究》中通过加入二氧化硅提高了涂层的热稳定性，但迄今很少有关于SiO₂纳米复合氟碳涂料耐腐蚀性能的研究报道，以及耐沾污、抗紫外老化、耐腐蚀等性能的综合报道，本技术中加入的气相二氧化硅（牌号A200）可以有效的提高填料的稳定性，改善填料的分散性，防沉降，防流挂，并提高漆膜附着力，其加入量也是经过试验所得的较为合适的量，而醋酸纤维素的加入可以促进涂料的表干、内干、外干，使漆膜不易开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米SiO₂改性氟碳涂料的制备方法，改善氟碳涂料的耐沾污性能、抗紫外老化性能和耐腐蚀性能。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料，其特征在于通过以下技术方案实现：

本发明所涉及的纳米SiO₂改性氟碳涂料，包含的组分及质量百分数为：

纳米SiO₂ 1-5%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44） 25-28%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF） 24-27%；

气相二氧化硅（牌号A200） 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素（牌号CAB551） 4%；

分散剂（牌号TAZ-ND1，南京天行新材料有限公司生产） 2-5%；

混合溶剂余量。

所述纳米SiO₂是经过表面改性的纳米SiO₂颗粒，纳米粒子粒径范围在10-80nm之间，表面改性的纳米SiO₂颗粒是经过硅烷偶联剂KH-550改性的；改性过程如下：将硅烷偶联剂KH-550加入到去离子水中，超声振荡预水解20min，KH-550用量是去离子水质量的1%，再将硅烷偶联剂水溶液加入到无水乙醇中，然后加入纳米SiO₂，KH-550用量是纳米二氧化硅质量的2%，纳米二氧化硅用量是无水乙醇质量的3%，80℃下磁力搅拌4h，先将产物分离，洗涤，晾干，再于真空干燥器中30℃恒温干燥24h，所得白色粉末，即为硅烷偶联剂KH-550修饰的SiO₂纳米粒子。

所述混合溶剂含二乙二醇乙醚醋酸酯（DCAC）15%，异佛尔酮15%，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）20%，丁酮20%，甲基异丁基甲酮（MIBK）10%，丙二醇苯醚（PPH）10%，正丁醇 10%（质量百分数），它用于溶解树脂，形成分散系，使体系达到稳定。

一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料的制备方法，其特征在于步骤如下：

A、将2-5%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入1-5%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机（莱州鑫达化工机械厂生产的400W型分散机）中2000-4000r/min分散0.5-2h；

B、将丙烯酸树脂（40%固含量）25-28%，PVDF 24-27%， A200 0.4%，铝银浆6%和CAB551 4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得SiO₂纳米复合氟碳涂料。

本发明涂料在常温干燥环境下喷涂于钢材表面，涂膜前将钢材表面处理干净，预先涂上底漆，采用空气喷涂，涂膜厚度为35±5μm。

本发明所述的SiO₂纳米复合氟碳涂料的有益效果主要体现在：（1）所述SiO₂纳米复合氟碳涂料，其耐沾污性能、抗紫外老化性能和耐腐蚀性能得到改善；（2）原料价廉，工艺简单，成本低，利于工业化生产。

附图说明

图1是SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜（b）与未改性氟碳涂料涂膜（a）的紫外-可见光吸收曲线对比图；

图2是SiO₂纳米复合氟碳涂料漆膜的表面形貌图；

图3是未改性氟碳涂料涂膜（a）与SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜（b）的接触角对比示意图；

图4是未改性氟碳涂料涂膜（b）与SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜（a）的电化学测试对比示意图。

具体实施方式

下面结合具体方式对本发明进行进一步描述：

实施例1：

涂料配方：

纳米SiO₂ 1%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44） 27%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF） 26.7%；

气相二氧化硅（牌号A200） 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素（牌号CAB551） 4%；

分散剂（牌号TAZ-ND1） 2%；

混合溶剂余量。

A、将2%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入1%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机中2000r/min分散1h；

B、将丙烯酸树脂（40%固含量）27%，PVDF 26.7%， A200 0.4%，铝银浆6%和CAB551 4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得SiO₂纳米复合氟碳涂料。

将本实施例所得涂料在常温干燥的环境下喷涂于经过预处理的钢材表面，涂膜厚度为35±5μm。

实施例2：

涂料配方：

纳米SiO₂ 2%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44） 26.5%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF） 26%；

气相二氧化硅（牌号A200） 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素（牌号CAB551） 4%；

分散剂（牌号TAZ-ND1） 3%；

混合溶剂余量。

A、将3%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入2%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机中2500r/min分散1h；

B、将丙烯酸树脂（40%固含量）26.5%，PVDF 26%， A200 0.4%，铝银浆6%和CAB551 4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得SiO₂纳米复合氟碳涂料。

实施例3：

涂料配方：

纳米SiO₂ 3%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44） 26.2%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF） 25.6%；

气相二氧化硅（牌号A200） 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素（牌号CAB551） 4%；

分散剂（牌号TAZ-ND1） 4%；

混合溶剂余量。

A、将4%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入3%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机中3000r/min分散1h；

B、将丙烯酸树脂（40%固含量）26.2%，PVDF 25.6%， A200 0.4%，铝银浆6%和CAB551 4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得SiO₂纳米复合氟碳涂料。

实施例4：

涂料配方：

纳米SiO₂ 4%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44） 25.6%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF） 25.1%；

气相二氧化硅（牌号A200） 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素（牌号CAB551） 4%；

分散剂（牌号TAZ-ND1） 5%；

混合溶剂余量。

A、将5%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入4%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机中3500r/min分散1h；

B、将丙烯酸树脂（40%固含量）25.6%，PVDF 25.1%， A200 0.4%，铝银浆6%和CAB551 4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得SiO₂纳米复合氟碳涂料。

所制备的SiO₂纳米复合氟碳涂料漆膜经紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜（SEM）观察紫外-可见光的透光率以及表面形貌。

（1）紫外可见分光光度计分析

图1为SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜（a）与未改性氟碳涂料涂膜（b）的紫外-可见光吸收曲线，（a）与（b）对比表明，SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜比未改性氟碳涂料涂膜在同一波长的紫外光吸收率明显增加，说明部分紫外光被纳米SiO₂所吸收；涂料的老化主要是由紫外光的照射引起的，有机化合物吸收紫外线的能量而发生键的断裂，导致老化，当纳米SiO₂存在时，由于它可以吸收部分紫外线，可以起到一种紫外屏蔽的作用，从而阻止了涂料的老化。

（2）SEM观察

用扫描电子显微镜观察SiO₂纳米复合氟碳涂料漆膜的表面形貌，由图2可见，纳米粒子分散比较均匀。

（3）接触角测定

图3中(a)为未改性氟碳涂料涂膜，其接触角为70.710°，(b)为SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜，其接触角为81.469°，表明添加纳米SiO₂后，涂膜的疏水性能明显增加，SiO₂纳米复合氟碳涂料涂膜还具有超低的表面能，使得灰尘不易粘附，能够保持涂膜长时间的清洁。

（4）电化学测试

下图中（a）和（b）分别为SiO₂纳米复合氟碳涂料和未改性氟碳涂料的Tafel极化曲线，相关参数列于表中，腐蚀电位（E）越正，腐蚀电流（I）越小，腐蚀速率越小说明材料的耐腐蚀性能越好；由表1中数据可知，SiO₂纳米复合氟碳涂料的耐腐蚀性能远高于未改性氟碳涂料。

Claims

1.一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料，其特征在于：所述氟碳涂料的组分按照质量百分数计为：

纳米SiO₂ 1-5%；

40%固含量的丙烯酸树脂 25-28%；

聚偏氟乙烯树脂 24-27%；

气相二氧化硅 0.4%；

铝银浆 6%；

醋酸纤维素 4%；

分散剂 2-5%；

混合溶剂余量。

2.如权利要求1所述的一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料，其特征在于：所述纳米SiO₂是经过硅烷偶联剂KH-550表面改性的纳米SiO₂颗粒，纳米粒子粒径范围在10-80nm之间。

3.如权利要求2所述的一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料，其特征在于：所述改性过程如下：将硅烷偶联剂KH-550加入到去离子水中，超声振荡预水解20min，KH-550用量是去离子水质量的1%，再将硅烷偶联剂水溶液加入到无水乙醇中，然后加入纳米SiO₂，KH-550用量是纳米二氧化硅质量的2%，纳米二氧化硅用量是无水乙醇质量的3%，80℃下磁力搅拌4h，先将产物分离，洗涤，晾干，再于真空干燥器中30℃恒温干燥24h，所得白色粉末，即为硅烷偶联剂KH-550修饰的SiO₂纳米粒子。

4.如权利要求1所述的一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料，其特征在于：所述混合溶剂的组分按照质量百分数计算为：二乙二醇乙醚醋酸酯15%，异佛尔酮15%，丙二醇甲醚醋酸酯20%，丁酮20%，甲基异丁基甲酮10%，丙二醇苯醚10%，正丁醇 10%，用于溶解树脂，形成分散系，使体系达到稳定。

5.如权利要求1所述的一种纳米SiO₂改性的氟碳涂料的制备方法，其特征在于步骤如下：

A、将2-5%的分散剂溶于混合溶剂中，再加入1-5%的经过表面改性的纳米SiO₂，于分散机中2000-4000r/min分散0.5-2h；

B、将40%固含量的丙烯酸树脂25-28%，聚偏氟乙烯树脂24-27%，气相二氧化硅 0.4%，铝银浆6%和醋酸纤维素4%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀即得纳米SiO₂改性的氟碳涂料。