CN101857768B - 一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料及其制备方法。该粉末涂料的组成及其质量份数为：成膜剂 100份，固化剂 4～9份，流平剂 0.6～1.5份，脱气剂 0.2～0.6份，空心微珠 15份，超声波改性纳米材料 5～10份，填料 70份。本发明制备的超声波改性纳米隔热粉末涂料的热导率为0.0932(W·m-1·K-1)，比不加纳米材料空白试样的热导率降低了50.84％，热导率的下降幅度明显且制备简便，应用前景非常广阔。

Description

一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料及其制备方法。
背景技术
粉末涂料由于不含有机溶剂，因此可以避免环境污染、火灾危险和危害人体健康等问题，且喷逸的涂料可回收再用，所以它被认为是生态环保型、高生产效率、优良涂膜性能和经济型的涂料产品，在各种涂料品种中发展速度最快，它在铝合金型材中通常是作为装饰性涂料使用的。
对于建筑隔热保温而言，用于采暖和空调能耗的40％-50％是由于门窗热传递而引起的。因此，随着节能、环保的呼声越来越高，在铝合金型材上喷涂具有隔热保温功能的纳米粉末涂料是一种有效的方法。
纳米隔热粉末涂料是在高分子基材中加入功能性的纳米隔热材料组成，要使纳米材料以原级稳定存在，并能均匀地分散在基材中，产生纳米尺度的相容或键合的复合物，必须对纳米微粒进行表面修饰。中国涂料，2008，23(9)：28-31报道了“纳米ATO改性水性聚氨酯涂料研究”，该文献采用超声波处理来分散纳米ATO，赋予涂料紫外屏蔽、吸波、隔热等功能。由于所制得的是水基型涂料，因而不能使用于铝合金型材上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料，其特征在于该粉末涂料的组成及其质量份数为：
成膜剂                    100份
固化剂                    4～9份
流平剂                    0.6～1.5份
脱气剂                    0.2～0.6份
空心微珠                  15份
超声波改性纳米材料        5～10份
填料                      70份
所述的成膜剂是聚酯树脂CE2598；所述的固化剂是羟烷基酰胺T105M；所述的流平剂是聚丙烯酸酯GLP 505；所述的脱气剂是苯偶姻，即安息香；所述的空心微珠是空心陶瓷微珠、电厂漂珠和空心玻璃微珠中的至少一种；所述的超声波改性纳米材料是超声波改性纳米SiO2、超声波改性纳米Al2O3、超声波改性纳米ZnO、超声波改性纳米Y2O3或超声波改性纳米Fe2O3；所述的填料是钛白粉、高岭土、硫酸钡、云母粉、硅藻土和滑石粉中的至少一种。
上述的超声波改性纳米材料的制备方法是：将质量为纳米材料质量的0.5～1.5％的硅烷偶联剂加入到体积百分比浓度为70～90％的乙醇水溶液中，然后在30～50℃时超声波预处理5～10min，再加入纳米材料，控制体系的pH值为4～6，然后于50～70℃时超声波再处理25～30min后，真空干燥即得到超声波改性纳米材料。
上述的硅烷偶联剂为：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物或γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
一种制备上述的超声波改性纳米隔热粉末涂料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将成膜剂、固化剂、流平剂、脱气剂、空心微珠、超声波改性纳米材料和填料加入高速混合机中充分混合均匀，再送入挤出机挤出成型，挤出机送料段温度为105～115℃，出料段温度为110～125℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温；然后进行粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，收集200目100％通过的粉末，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
本发明制备的铝合金型材用超声波改性纳米隔热粉末涂料的热导率为0.0932(W·m-1·K-1)，比不加纳米材料空白试样的热导率降低了50.84％，热导率的下降幅度明显且制备简便，应用前景非常广阔。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但并不局限于此。
对比例(空白试样)
配方：
CE2598                           100克
T105M                            9克
GLP 505                          1.5克
安息香                           0.6克
空心玻璃微珠                     10克
空心陶瓷微珠                     5克
钛白粉                           35克
硫酸钡                           35克
将配方中的各组分计量称重，加入高速混合机中进行混合。混合15min使各个组分充分混合均匀，将混合均匀的物料送入双螺杆熔融混合挤出机，挤出机送料段温度为110℃，出料段温度为115℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温。送入烟台东辉粉末设备有限公司ACM系列微磨粉系统进行高速粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，超细粉的粒度200目以上100％通过，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
2试样的制备和测试：
1)性能测试：
采用日本昭和电工QTM-D2快速热传导测定仪测量试样的热导率。
2)试样的制备：
试样的长度为100mm、宽度50mm、厚度7mm。将粉末涂料置于上述尺寸的模具中，放入鼓风干燥箱中进行固化。固化温度控制在180℃，固化时间15min。固化后于室温下放置24小时进行热导率测试。
测量对比例涂料的热导率见表1。
实施例1：
配方：
CE2598                        100克
T105M                         9克
GLP 505                       1.5克
安息香                        0.6克
空心玻璃微珠                  10克
电厂漂珠                      5克
纳米Y2O3                      10克
钛白粉                        35克
硫酸钡                        35克
1纳米材料的超声波改性：将质量浓度为纳米Y2O3 1.2wt％的γ-巯丙基三甲氧基硅烷加入到体积百分比浓度为90％的乙醇水溶液中，在30℃时超声波预处理10min，再加入纳米Y2O350克，用冰醋酸控制体系pH值为5，然后于50℃时超声波再处理30min后，在DZF-6050型真空干燥箱中真空干燥得到超声波改性的纳米Y2O3；
2纳米隔热粉末涂料的制备：将配方中的各组分计量称重，加入高速混合机中进行混合。混合15min使各个组分充分混合均匀，将混合均匀的物料送入双螺杆熔融混合挤出机，挤出机送料段温度为110℃，出料段温度为115℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温。送入烟台东辉粉末设备有限公司ACM系列微磨粉系统进行高速粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，超细粉的粒度200目以上100％通过，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
3试样的制备和测试：
1)性能测试：
采用日本昭和电工QTM-D2快速热传导测定仪测量试样的热导率。
2)试样的制备：
试样的长度为100mm、宽度50mm、厚度7mm。将粉末涂料置于上述尺寸的模具中，放入鼓风干燥箱中进行固化。固化温度控制在180℃，固化时间15min。固化后于室温下放置24小时进行热导率测试。
测量实施例1涂料的热导率见表1。
实施例2
配方：
CE2598                     100克
T105M                      7克
GLP 505                    0.8克
安息香                     0.3克
空心玻璃微珠               10克
空心陶瓷微珠               5克
纳米ZnO                    8克
钛白粉                     35克
硫酸钡                     35克
1纳米材料的超声波改性：将质量浓度为纳米ZnO 0.8wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到体积百分比浓度为75％的乙醇水溶液中，在40℃时超声波预处理8min，再加入纳米ZnO 45克，用冰醋酸控制体系pH值为5，然后于60℃时超声波再处理25min后，在DZF-6050型真空干燥箱中真空干燥得到超声波改性的纳米ZnO；
2纳米隔热粉末涂料的制备：将配方中的各组分计量称重，加入高速混合机中进行混合。混合15min使各个组分充分混合均匀，将混合均匀的物料送入双螺杆熔融混合挤出机，挤出机送料段温度为115℃，出料段温度为125℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温。送入烟台东辉粉末设备有限公司ACM系列微磨粉系统进行高速粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，超细粉的粒度200目以上100％通过，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
试样的制备和测试同实施例1。测量实施例2涂料的热导率见表1。
实施例3
配方：
CE2598                        100克
T105M                         9克
GLP 505                       1.2克
安息香                        0.5克
空心玻璃微珠                  5克
电厂漂珠                      10克
纳米SiO2                      5克
钛白粉                        35克
硫酸钡                        35克
1纳米材料的超声波改性：将质量浓度为纳米SiO2 1.5wt％的乙烯基三叔丁基过氧硅烷加入体积百分比浓度为78％的乙醇水溶液中，然后在35℃时超声波预处理10min，再加入纳米SiO2 40克，用冰醋酸控制体系pH值为6，然后于70℃时超声波再处理25min后，在DZF-6050型真空干燥箱中真空干燥得到超声波改性的SiO2；
2纳米隔热粉末涂料的制备：将配方中的各组分计量称重，加入高速混合机中进行混合。混合15min使各个组分充分混合均匀，将混合均匀的物料送入双螺杆熔融混合挤出机，挤出机送料段温度为105℃，出料段温度为110℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温。送入烟台东辉粉末设备有限公司ACM系列微磨粉系统进行高速粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，超细粉的粒度200目以上100％通过，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
试样的制备和测试同实施例1。测量实施例3涂料的热导率见表1。
实施例4
配方：
CE2598                      100克
T105M                       4克
GLP 505                     0.6克
安息香                      0.2克
空心玻璃微珠                5克
空心陶瓷微珠                10克
纳米Al2O3                   8克
钛白粉                      35克
硫酸钡                      35克
1内米材料的超声波改性：将质量浓度为纳米Al2O3 0.5wt％的γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入体积百分比浓度为70％的乙醇水溶液中，然后在50℃时超声波预处理5min，再加入所述纳米Al2O3 50克，用冰醋酸控制体系pH值为4，然后于50℃时超声波再处理30min后，在DZF-6050型真空干燥箱中真空干燥得到超声波改性的纳米Al2O3；
2内米隔热粉末涂料的制备：将配方中的各组分计量称重，加入高速混合机中进行混合。混合15min使各个组分充分混合均匀，将混合均匀的物料送入双螺杆熔融混合挤出机，挤出机送料段温度为112℃，出料段温度为120℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温。送入烟台东辉粉末设备有限公司ACM系列微磨粉系统进行高速粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，超细粉的粒度200目以上100％通过，即得到超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
试样的制备和测试同实施例1。测量实施例4涂料的热导率见表1。
表1
Figure BSA00000164258000061

Claims (4)

1.一种用于铝合金型材的超声波改性纳米隔热粉末涂料，其特征在于该粉末涂料的组成及其质量份数为：
成膜剂                    100份
固化剂                    4～9份
流平剂                    0.6～1.5份
脱气剂                    0.2～0.6份
空心微珠                  15份
超声波改性纳米材料        5～10份
填料                      70份
所述的成膜剂是聚酯树脂CE2598；所述的固化剂是羟烷基酰胺T105M；所述的流平剂是聚丙烯酸酯GLP 505；所述的脱气剂是苯偶姻；所述的空心微珠是空心陶瓷微珠、电厂漂珠和空心玻璃微珠中的至少一种；所述的超声波改性纳米材料是超声波改性纳米SiO2、超声波改性纳米Al2O3、超声波改性纳米ZnO、超声波改性纳米Y2O3或超声波改性纳米Fe2O3；所述的填料是钛白粉、高岭土、硫酸钡、云母粉、硅藻土和滑石粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的超声波改性纳米隔热粉末涂料，其特征在于所述的超声波改性纳米材料的制备方法是：将质量为纳米材料质量的0.5～1.5％的硅烷偶联剂加入到体积百分比浓度为70～90％的乙醇水溶液中，然后在30～50℃时超声波预处理5～10min，再加入纳米材料，控制体系pH值为4～6，然后于50～70℃时超声波再处25～30min后，真空干燥即得到超声波改性纳米材料。
3.根据权利要求2所述的超声波改性纳米隔热粉末涂料，其特征在于所述的硅烷偶联剂为：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物或γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
4.一种制备根据权利要求1所述的超声波改性纳米隔热粉末涂料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将成膜剂、固化剂、流平剂、脱气剂、空心微珠、超声波改性纳米材料和填料加入高速混合机中充分混合均匀，再送入挤出机挤出成型，挤出机送料段温度为105～115℃，出料段温度为110～125℃，出料后通过冷却辊筒压片冷却至室温；然后进行粉碎、空气分级、旋风分离、筛分及超细粉分离和收集，收集200目100％通过的粉末，即得到用于铝合金型材的超声波改性的纳米隔热粉末涂料。
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