CN102167570A - 一种复合纳米高温涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种复合纳米高温涂料及其制备和使用方法。本发明是一种复合纳米高温涂料其要点在于它的组成成份质量比为32.5～39.5％的二氧化硅凝胶、55～64.5％的无机溶剂、1～5％的纳米粉末及1～5％的天然矿石粉。本发明的复合纳米高温涂料因含有二氧化硅凝胶而吸附力强，因含有纳米氧化铝粉末而形成的保护膜致密性高，并且具有高硬度、耐酸碱腐蚀性好，耐高温的性能，因含有天然矿石粉而耐物理冲击好、耐磨性好，从而可更好的保护产品。本发明在制备过程中用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺解决了多种纳米级氧化物的团聚反应；采用季铵盐阳离子表面活性剂提高pH值的方法达到体系稳定无须冷藏的目的。

Description

一种复合纳米高温涂料及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种复合纳米高温涂料及其制备和使用方法。

背景技术

传统的涂料都是有机涂料，在此基础上发展起来的合成树脂涂料(包括氟碳类高温涂料和有机硅类高温涂料)也仍是有机涂料。大多数有机涂料在生产过程中都使用了一些对人体和环境有害的原材料，生产过程中还会排放出废水和废气，甚至在施工后的一段时间内还会持续释放有害气体。多数有机涂料都是易燃物质，且暴露于自然环境容易发生降解反应。这些涂料在焚烧或降解后都会生成大量二氧化碳，产生“温室效应”。

复合纳米高温涂料与任何传统的合成树脂有机涂料都不同，是一种以纳米无机化合物为主要成份，涂装后通过低温加热方式固化形成保护膜的新型水性无机涂料，但是由于复合纳米高温涂料在制作过程中容易出现团聚反应，成品需要低温保存，这些缺陷在一定程度上限制了复合纳米高温涂料的生产及应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种可以大幅度提高形成的保护膜的耐高温、耐磨、和硬度等性能，更加符合国家低碳环保要求的复合纳米高温涂料，并提供该涂料的制备方法和使用方法。

本发明所提供的一种复合纳米高温涂料(水性纳米高温陶瓷涂料)其要点在于它的组成成份质量比为32.5～39.5％的二氧化硅凝胶、55～64.5％的无机溶剂、1～5％的纳米粉末及1～5％的天然矿石粉。

对各组分进一步限定为：

所述的纳米粉末为纳米二氧化硅粉末、纳米氧化铝粉末、纳米氧化锆粉末中的任何一种和若干种。

所述的无机溶剂为去离子水或纯净水中的一种或者两种。

所述的天然矿石粉为石灰石、粘石英砂中的一种或者两种。

本发明所提供上述复合纳米高温涂料的制备方法包括以下步骤：

1、用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅粉末；

2、将纳米二氧化硅粉末与无机溶剂在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

3、将纳米氧化铝粉末添加到由(2)制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

4、用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对(3)进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加1～5％的天然矿石粉；

5、采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

其中所述的溶胶-凝胶法是指将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2～3∶1～3制成透明溶液，然后将溶液升温至70～80℃搅拌1小时再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时即可，对比原有的溶胶-凝胶法具有制备周期短，反应产物纳米二氧化硅的品质好，有效合成率高的优点。

本产品的使用方法：(1)、将复合纳米高温涂料以喷涂的方式涂布于待涂装产品的表面，涂层厚度为30-50微米；

(2)、将涂布有复合纳米高温涂料的产品置于室温环境下3～5分钟，随后200℃烘烤30分钟。

本发明的复合纳米高温涂料(水性纳米高温陶瓷涂料)因含有二氧化硅凝胶而吸附力强，因含有纳米氧化铝粉末而形成的保护膜致密性高，并且具有高硬度、耐酸碱腐蚀性好，耐高温的性能，因含有天然矿石粉而耐物理冲击好、耐磨性好，从而可更好的保护产品，并且该复合纳米高温涂料的制备方法简单。本发明在制备过程中用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺解决了多种纳米级氧化物的团聚反应；采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值的方法达到体系稳定无须冷藏的目的。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现的目的和功效，以下给予详细说明，这可以使本专业的技术人员更理解本发明，对下述的实施例进行修改，添加和替换都是可能的，都没有超出本发明的保护范围。

本发明之复合纳米高温涂料(水性纳米高温陶瓷涂料)的组成成份质量比为32.5～39.5％的二氧化硅凝胶、55～64.5％的无机溶剂、1～5％的纳米粉末及1～5％的天然矿石粉。其中的纳米粉末为纳米二氧化硅粉末、纳米氧化铝粉末、纳米氧化锆粉末中的任何一种和若干种，纳米粉末为纳米金属氧化物粉末和纳米金属粉末的混合物，其中纳米粉末已经由介面活性剂处理，其中的无机溶剂为去离子水或纯净水中的一种或者两种，其中的天然矿石粉为石灰石、粘石英砂中的一种或者两种。

本发明所提供上述复合纳米高温涂料的制备方法包括以下步骤：

1、用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅粉末；

2、将纳米二氧化硅粉末与无机溶剂在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

3、将纳米氧化铝粉末添加到由2制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

4、用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对3进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加1～5％的天然矿石粉；

5、采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

其中所述的溶胶-凝胶法是指将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2～3∶1～3制成透明溶液，然后将溶液升温至70～80℃搅拌1小时再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时。

从而可制得复合纳米高温涂料(水性纳米高温陶瓷涂料)。

纳米粉末之所以选用纳米氧化铝是因为氧化铝本身具有耐高温、高强度、高硬度、耐酸碱腐蚀等优异特性，而纳米氧化铝有着比氧化铝更优异的物理化学特性，再经过介面活性剂处理后比表面积非常大，因而粒子表面含有丰富的失配键和欠氧键改性后可以加快反应速度，缩短反应时间，纯化反应产物，提高有效合成率。

实施例1，

一种复合纳米高温涂料的组成成份质量比为35.5％的二氧化硅凝胶、58％的去离子水、2％的纳米氧化铝粉末及4.5％的天然石灰石。

它的制作过程为：

(1)用溶胶-凝胶法：将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2.2∶1.8制成透明溶液，然后将溶液升温至80℃搅拌1小时，再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时，得到制备好的纳米二氧化硅粉末35.5公斤；

(2)将35.5公斤纳米二氧化硅粉末与58公斤去离子水在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

(3)将2公斤纳米氧化铝粉末添加到由(2)制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

(4)用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对(3)进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加4.5公斤的天然石灰石；

(5)采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

实施例2，

一种复合纳米高温涂料的组成成份质量比为37.5％的二氧化硅凝胶、55.5％的去离子水、3％的纳米氧化铝粉末及4％的天然石灰石。

它的制作过程为：

(1)用溶胶-凝胶法：将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2∶1.5制成透明溶液，然后将溶液升温至75℃搅拌1小时，再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时，得到制备好的纳米二氧化硅粉末37.5公斤；

(2)将37.5公斤纳米二氧化硅粉末与55.5公斤去离子水在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

(3)将3公斤纳米氧化铝粉末添加到由(2)制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

(4)用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对(3)进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加4公斤的天然石灰石；

(5)采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

实施例3，

一种复合纳米高温涂料的组成成份质量比为33.5％的二氧化硅凝胶、60.5％的去离子水、3％的纳米氧化铝粉末及3％的天然粘石英砂。

它的制作过程为：

(1)用溶胶-凝胶法：将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2.6∶2制成透明溶液，然后将溶液升温至70℃搅拌1小时，再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时，得到制备好的纳米二氧化硅粉末33.5公斤；

(2)将33.5公斤纳米二氧化硅粉末与60.5公斤去离子水在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

(3)将3公斤纳米氧化铝粉末添加到由(2)制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

(4)用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对(3)进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加其间持续添加3公斤的天然粘石英砂；

(5)采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

本发明的复合纳米高温涂料应用时，可在待涂装的产品的壳体上形成保护膜，具体成膜步骤如下：

步骤一、将复合纳米高温涂料以喷涂的方式(手喷线或自动线均可)涂布于待涂装产品的壳体表面，涂层厚度约为30微米～50微米；

步骤二、将涂布有复合纳米高温涂料的产品置于室温环境下3～5分钟，随后200℃烘烤30分钟即可。

以下举例采用以铝合金为素材的产品，进一步说明上述复合纳米高温涂料形成的保护膜的效果：

将复合纳米高温涂料均匀的喷涂在以铝合金为素材的产品表面上，置于室温环境下3～5分钟，随后200℃烘烤30分钟，从而在产品的表面形成一层厚度约为30微米～50微米的保护膜。

本复合纳米高温涂料技术指标：

对比结果显示：本发明的硬度指标(9H)高于韩国同类产品的硬度指标(8H)，耐热温度优于韩国同类产品，本发明只需要常温储存，而韩国同类产品需要低温冷藏(0℃--10℃)储存，另外本发明使用前的熟化时间只需要0.5小时，而韩国同类产品熟化时间需要10小时。

以上表的技术指标可知，涂布有本复合纳米高温涂料的产品能适用于各种恶劣的使用环境，并且满足许多高科技产品越来越高的表面涂装要求，具备广泛的应用基础。

综上所述，本发明之复合纳米高温涂料的制备方法及用途，由上述揭露的方法与构造，可以达到所述的功效，并且本发明的申请合乎专利的要件，故依法提出申请。然而以上所揭露者，仅为本发明的较佳实施例，自不能以此为限定本发明的权利范围，至于本发明的其他等效的修饰或变化，都应涵盖在本发明的权利要求范围内。本发明之复合纳米高温涂料并不局限于以金属为材料的产品上，对于其他材料的产品也同样适用。

Claims (7)

1.一种复合纳米高温涂料，其特征在于：组成成份质量比为32.5～39.5％的二氧化硅凝胶、55～64.5％的无机溶剂、1～5％的纳米粉末及1～5％的天然矿石粉。

2.根据权利要求1所述的复合纳米高温涂料，其特征在于：所述的纳米粉末为纳米二氧化硅粉末、纳米氧化铝粉末、纳米氧化锆粉末中的任何一种和若干种。

3.根据权利要求1所述的复合纳米高温涂料，其特征在于：所述的无机溶剂为去离子水或纯净水中的一种或者两种。

4.根据权利要求1所述的复合纳米高温涂料，其特征在于：所述的天然矿石粉为石灰石、粘石英砂中的一种或者两种。

5.一种如权利要求1所述的复合纳米高温涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅粉末；

(2)将纳米二氧化硅粉末与无机溶剂在60～80℃的温度下混合，得到纳米二氧化硅溶液；

(3)将纳米氧化铝粉末添加到由(2)制得的纳米二氧化硅溶液中并搅拌均匀；

(4)用原位聚合法制备方法中的本体聚合工艺对(3)进行处理，其间保持60℃～80℃的温度并持续添加1～5％的天然矿石粉；

(5)采用季铵盐阳离子表面活性剂提高PH值至7～9。

6.根据权利要求5所述的复合纳米高温涂料的制备方法，其特征在于：所述的溶胶-凝胶法是指将正硅酸四乙脂、乙醇、去离子水按体积比1∶2～3∶1～3制成透明溶液，然后将溶液升温至70～80℃搅拌1小时，再在溶液中添加1～3％的草酸作为催化剂继续搅拌0.5小时，形成乳白色凝胶，置于室内常温陈化7～10天，形成干凝胶研磨成凝胶粉，经400～500℃高温焙烧1-2小时。

7.一种如权利要求1至4项中任何一项所述的复合纳米高温涂料的使用方法，其特征在于：(1)、将复合纳米高温涂料以喷涂的方式涂布于待涂装产品的表面，涂层厚度为30-50微米；

(2)、将涂布有复合纳米高温涂料的产品置于室温环境下3～5分钟，随后200℃烘烤30分钟。