CN100569872C - 纳米鳞片涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新纳米鳞片材料做填料的涂料，属于涂料领域，具体的说是一种纳米鳞片涂料的制备方法，本发明其纳米鳞片与树脂形成化学吸附或化学键合，能使涂层形成立体网状的整体结构，并具有优良的附着力、好的抗渗透性、高的防腐性和一些特殊功能。在本发明中纳米鳞片，既是鳞片填料，又是补强剂和改性剂，它表面的活性键将鳞片和树脂以化学键的形式连接成为立体网状的整体结构。利用活性鳞片的层叠效果，起到消除涂层内应力，增加涂层抗渗透能力，提高涂层附着力、耐腐蚀性的功效，达到赋予涂料特殊功能和优良性能的目的。

Description

纳米鳞片涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种新纳米鳞片材料做填料的涂料，属于涂料领域，具体的说是一种纳米鳞片涂料的制备方法。

技术背景

达克罗涂料和玻璃鳞片涂料是近几年在我国发展起来的几种鳞片涂料。

达克罗(DACROMET)即非电解锌铬酸盐涂层，涂覆全过程中无废水、废物排放，是代替对环境污染严重的传统电镀锌热浸锌类的最佳技术。

达克罗技术的应用范围很广，不但可处理钢、铁、铝及其合金，还可处理烧结金属，以及特殊的表面处理。它所涉及到的产业、行业也相当多，经过达克罗处理的表面具有较高的稳定性、防热、防潮及防蚀性。

达克罗涂层虽有许多优点，但也有不足之处，主要体现为：

导电性能不好，不宜用于导电连接的零件，如电器的接地螺栓等。

达克罗鳞片的厚度0.5-2μm，径厚比60-80(30-160μm)。涂层鳞片的结合是熔化烧结层，所以它的表面硬度和抗划伤能力差而且易出现针孔，特殊场合使用需要进行后处理。

玻璃鳞片涂料是在涂料中加入耐腐蚀性极好的玻璃鳞片，利用玻璃鳞片的层状叠加效应起到迷宫作用和消除涂层内应力的作用，使涂层具有优良的抗渗透能力和良好的附着力，涂料的耐腐蚀性能很好。但由于玻璃鳞片与树脂间是物理结合，很容易在外力和化学腐蚀作用下产生分层，而且涂层要做到很厚时才有较好效果。

玻璃鳞片：喷涂用厚度4-6μm，径向尺寸200-400μm；

手工刷涂厚度＜20μm，径向尺寸400-630μm；

手工涂抹厚度＜40μm，径向尺寸630-2000μm。

玻璃鳞片涂层的厚度：500-3000μm。

玻璃鳞片涂料不耐磨损，特别在腐蚀与磨蚀同时发生的场所。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服上述涂料的缺点，而且具备优于上述两种涂料性能的纳米鳞片涂料，其纳米鳞片与树脂形成化学吸附或化学键合，能使涂层形成立体网状的整体结构，并具有优良的附着力、好的抗渗透性、高的防腐性和一些特殊功能。

利用纳米鳞片做填料得到高性能的涂料，在本发明中纳米鳞片，既是鳞片填料，又是补强剂和改性剂，它表面的活性键将鳞片和树脂以化学键的形式连接成为立体网状的整体结构。利用活性鳞片的层叠效果，起到消除涂层内应力，增加涂层抗渗透能力，提高涂层附着力、耐腐蚀性的功效，达到赋予涂料特殊功能和优良性能的目的。

本发明的目的是这样实现的：

本发明纳米鳞片涂料的制备方法如下：

一、材料选配

根据基础涂料和应用条件的不同，选配适合的纳米鳞片材料。

其选配原则为：

1、重防腐涂料选：钛纳米鳞片、玻璃纳米鳞片、陶瓷纳米鳞片、不锈钢纳米鳞片等；

2、建筑涂料或外防有颜色要求时选：金属氧化物或非金属纳米鳞片。

3、功能性涂料选用特殊功能的纳米鳞片。

所述的纳米鳞片的鳞片尺寸是厚度为10～100nm，径向尺寸为0.5～50μm的一维纳米材料。

二、纳米鳞片的活性化处理

上述纳米鳞片选配好后要进行表面处理，使其转变为活性纳米鳞片，这样处理后的纳米鳞片活性好，而且能在涂料基料中很好的分散，具体步骤是：

将表面处理剂用溶剂溶解成溶液，该溶液中表面处理剂的含量为5～50％，然后按表面处理液与纳米鳞片材料体积之比为1～5∶1配制投料，用分散机分散0.5～4h即得到活性纳米鳞片材料成品。

所述的表面处理剂包括树脂、橡胶、塑料等中的一种或多种，表面处理剂一般优先选用与涂料树脂相同或溶合性好的材料。

所述的溶剂为能较好溶解这些材料的常用溶剂比如：乙醇、丁醇、丙酮、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯和水等的一种或多种。

所述的分散机是高速分散机、行星球磨机、均质机、砂磨机的一种。

三、配制

基础涂料和活性纳米鳞片的重量的百分比为：

1、基础涂料                  60～97％

2、经表面处理的活性纳米鳞片  3～40％

所述的基础涂料包括防腐涂料、粉末涂料、建筑涂料、衬里材料等。

所述的活性纳米鳞片材料包括金属(如钛、锌、铝等；合金如钛-铝、不锈钢等)；金属氧化物(如二氧化钛、氧化铝等)；非金属材料(如碳化硅、金刚石、玻璃、陶瓷等)。

四、混合、分散。

按上述配比将活性纳米鳞片加入基础涂料混合、分散。

所述的混合、分散设备包括：砂磨机、高速分散机、均质机、行星球磨机等，混合、分散的时间为10～50min，混合、分散后即得纳米鳞片涂料成品。

本发明的纳米鳞片涂料具有以下优良性能：

1、化学健合与化学吸附：纳米鳞片的表面具有高活性悬空键，与有机物配位，形成化学键合与化学吸附，这大大改善了填料与树脂间的结合力，同时也大大改善了树脂分子间的结合力。

2、抗渗透能力强：一、涂料中的填料与树脂分子之间形成了化学键合与化学吸附，阻塞渗透通道；二、纳米鳞片起到玻璃鳞片的效应，延长了渗透路线，起迷宫效应，纳米鳞片表面积很大又有化学作用，所以加入少量就能起到显著效果。

3、使用纳米厚度鳞片可大大降低鳞片涂层的厚度：纳米鳞片涂层厚度是玻璃鳞片涂层厚度的1％时其性能绝不低于玻璃鳞片涂层。也可以说纳米鳞片涂料可以做得很薄就具有很高的鳞片效应。

4、附着力高：因为纳米鳞片形成了化学吸附，鳞片相互叠加可消除内应力，涂层内应力很低，所以纳米鳞片涂料对于金属、混凝土、木材、玻璃等均有优良附着力。

5、耐腐蚀性能好：其一，一般涂料的破坏都是由于腐蚀介质沿分子和填料间的界面或树脂分子间的界面而进行的，纳米鳞片涂料用化学键合与化学吸附阻塞了这些通道；其二，涂层抗渗透能力强，有效减缓了腐蚀速度；其三，纳米鳞片的层叠作用，可形成无针孔涂膜有效阻止腐蚀介质的浸入，所以耐腐蚀性能好。

6、可赋予涂层防垢、防蜡、减阻、耐磨、导电、导热等性能。

特别对于重防腐涂料行业本发明的推广应用，将使该行业发生革命性变化。

具体事实方式

实施例1

钛纳米鳞片环氧酚醛涂料(高温固化型)：

制备该涂料选取钛纳米鳞片，表面处理剂为环氧树脂和聚硫橡胶，溶剂为丁醇、丙酮、二甲苯。

1、按前处理液：环氧树脂5g；聚硫橡胶7g；二甲苯40ml；丁醇20ml；丙酮40ml的配比将环氧树脂、聚硫橡胶用上述溶剂溶好备用。

2、按前处理液与钛纳米鳞片之比为：100ml∶25ml量取前处理液与钛纳米鳞片，在行星球磨机中分散4h即得到活性钛纳米鳞片浆料。

3、按环氧酚醛涂料100g；活性钛纳米鳞片浆料10g的配比将环氧酚醛涂料和活性钛纳米鳞片浆料加入高速分散机。在高速分散机中混合、分散15min即得到成品钛纳米鳞片环氧酚醛涂料。

应用效果：

涂敷该涂料第一道干膜厚12μm，200℃烘6min；第二道干膜厚13μm，200℃烘35min。得到的涂膜具有以下性能：

实施例2

钛纳米鳞片环氧涂料(常温固化型)：

制备该涂料选取钛纳米鳞片，表面处理剂为环氧树脂和聚硫橡胶，溶剂为丁醇、丙酮、二甲苯。

1、使用实施例1的活性钛纳米鳞片浆料。

2、按环氧涂料100g；活性钛纳米鳞片浆料10g的配比将环氧涂料和活性钛纳米鳞片浆料加入高速分散机。在高速分散机中混合、分散30min即得到成品钛纳米鳞片环氧涂料。

应用效果：

涂敷该涂料第一道干膜厚50μm，20℃干燥6h；第二道干膜厚75μm，20℃固化7天。得到的涂膜具有以下性能：

实施例3

玻璃纳米鳞片环氧涂料(常温固化)：

制备该涂料选取玻璃纳米鳞片，表面处理剂为环氧树脂和聚硫橡胶，溶剂为丁醇、丙酮、二甲苯。

1、按前处理液：环氧树脂5g；聚硫橡胶7g；二甲苯40ml；丁醇20ml；丙酮40ml的配比将环氧树脂、聚硫橡胶用上述溶剂溶好备用。

2、按前处理液与玻璃纳米鳞片之比为：100ml∶25ml量取前处理液与玻璃纳米鳞片，在行星球磨机中分散4h即得到活性玻璃纳米鳞片浆料。

3、按环氧涂料100g；活性玻璃纳米鳞片浆料10g的配比将环氧涂料和活性玻璃纳米鳞片浆料加入高速分散机。在高速分散机中混合、分散15min即得到成品玻璃纳米鳞片环氧涂料。

应用效果：

涂敷该涂料第一道干膜厚50μm，20℃干燥6h；第二道干膜厚75μm，20℃固化7天。得到的涂膜具有以下性能：

实施例4

铁红纳米鳞片环氧涂料：

制备该涂料选取铁红纳米鳞片，表面处理剂为环氧树脂和聚硫橡胶，溶剂为丁醇、丙酮、二甲苯。

1、按前处理液：环氧树脂5g；聚硫橡胶7g；二甲苯40ml；丁醇20ml；丙酮40ml的配比将环氧树脂、聚硫橡胶用上述溶剂溶好备用。

2、按前处理液与铁红纳米鳞片之比为：100ml∶25ml量取前处理液与铁红纳米鳞片，在行星球磨机中分散4h即得到活性铁红纳米鳞片浆料。

3、按环氧涂料甲组份54g；活性铁红纳米鳞片浆料16g的配比将环氧涂料甲组份和活性铁红纳米鳞片浆料加入高速分散机。在高速分散机中混合、分散20min即得到成品铁红纳米鳞片环氧涂料。

本涂料成本低，耐腐蚀性不低于富锌涂料。

实施例5

纳米鳞片防粘、耐磨涂料：

按聚苯硫醚涂料100g；活性聚四氟乙烯纳米鳞片浆料3g；活性石墨纳米鳞片浆料3g；活性二氧化钛纳米鳞片浆料10g的配比称取上述物料，将三种活性纳米鳞片浆料和聚苯硫醚涂料加入行星球磨机中，在行星球磨机分散4h即得到成品纳米鳞片防粘、耐磨涂料。

应用效果：

多道涂膜经涂敷、塑化、后处理得到150μm厚度的涂膜，具备以下防护性能：

化学药品名称	试验温度℃	试验时间h	重量变化g	重量变化率％	外观
						40％NaOH	120	100	0	0	没变化
饱和NaCl溶液	105	100	0	0	没变化
						饱和Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>溶液	105	100	0	0	没变化
30％NaNO<sub>3</sub>	103	100	0	0	没变化
						40％CaCl<sub>2</sub>	103	100	0	0	没变化
20％硫酸	108.8	100	0	0	微变化
						50％硫酸	130	100	0	0	微变化
10％硝酸	103	100	+0.0048	+2.64	没变化
						40％醋酸	101	100	0	0	没变化
98％醋酸	118	100	0	0	没变化
						甲酸	100.7	100	0	0	没变化
20％苯磺酸	102	100	0	0	没变化
						30％草酸	101	100	0	0	没变化
甲醇	64.7	100	0	0	没变化
						乙醇	78.3	100	0	0	没变化

正丁醇	117	100	0	0	没变化
						丙酮	56	100	0	0	没变化
苯	80.7	100	0	0	没变化

实施例6

纳米鳞片防水涂料：

制备该涂料选取轻质碳酸钙纳米鳞片，表面处理剂为丙烯酸树脂，溶剂为水。

1、按前处理液：丙烯酸树脂15g；水100ml的配比将丙烯酸树脂用水溶好备用。

2、按前处理液与轻质碳酸钙纳米鳞片之比为：100ml∶35ml量取前处理液与轻质碳酸钙纳米鳞片，在行星球磨机中分散4h即得到活性轻质碳酸钙纳米鳞片浆料。

3、按丙烯酸乳液及助剂85g；活性轻质碳酸钙纳米鳞片浆料15g的配比将丙烯酸乳液及助剂和活性轻质碳酸钙纳米鳞片浆料加入高速分散机。在高速分散机中混合、分散20min即得到成品轻质碳酸钙纳米鳞片涂料。

涂膜性能：

拉伸强度＞1.5Mpa

耐碱强度保持率120％

耐酸强度保持率70％

耐热老化强度保持率130％

低温柔韧性(30℃，对折)不断不裂

不透水性(动水压，0.2Mpa)不透水

抗裂性(涂膜0.2mm，基层裂缝1.4mm)涂层不裂

抗冻融性(循环50次)涂层外观不变，不起泡

耐老化性(1000h)无裂纹不粉化

Claims (1)

1、一种纳米鳞片涂料的制备方法，其特征在于：

其制备方法如下：

(1)、材料选配

根据基础涂料和应用条件的不同，选配适合的纳米鳞片材料；

其选配原则为：

a、重防腐涂料选：钛纳米鳞片、玻璃纳米鳞片、陶瓷纳米鳞片、不锈钢纳米鳞片；

b、建筑涂料或外防有颜色要求时选：金属氧化物或非金属纳米鳞片。

c、功能性涂料选用特殊功能的纳米鳞片；

所述的纳米鳞片的鳞片尺寸是厚度为10～100nm，径向尺寸为0.5～50μm的纳米材料；

(2)、纳米鳞片的活性化处理

上述纳米鳞片选配好后要进行表面处理，使其转变为活性纳米鳞片，具体步骤是：

将表面处理剂用溶剂溶解成溶液，该溶液中表面处理剂的含量为5～50％，然后按表面处理液与纳米鳞片材料体积之比为1～5∶1配制投料，用分散机分散0.5～4h即得到活性纳米鳞片材料成品；

所述的表面处理剂包括树脂、橡胶、塑料中的一种或多种，表面处理剂优先选用与涂料树脂相同或溶合性好的材料；

所述的溶剂为能较好溶解这些材料的常用溶剂是乙醇、丁醇、丙酮、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯和水中的一种或多种；

所述的分散机是高速分散机、行星球磨机、均质机、砂磨机的一种；

(3)、配制

基础涂料和活性纳米鳞片重量的百分比为：

基础涂料                60～97％

经表面处理的活性纳米鳞片3～40％

所述的基础涂料包括防腐涂料、粉末涂料、建筑涂料、衬里材料；

所述的活性纳米鳞片材料包括金属、金属氧化物、非金属材料；

(4)、混合、分散

按上述配比将活性纳米鳞片加入基础涂料混合、分散，所述的混合、分散设备包括：砂磨机、高速分散机、均质机、行星球磨机，混合、分散的时间为10～50min，混合、分散后即得纳米鳞片涂料成品。