CN102181194B - 一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料及其制备方法，属于功能涂料领域。该涂料的配方为：铝溶胶15～65％、硅溶胶15～65％、硅烷单体4～20％、颜料3～27％、填料3～27％、防沉剂等5～25％。其制备方法为：分别称取相应的铝溶胶、硅烷单体、颜料、填料及防沉剂等进行混合、高速分散、研磨，做为a组分；称取相应分量的硅溶胶，做为b组分；将a组分和b组分进行混合并静置熟化，即得所述的瓷膜涂料。本发明在无机成膜原料的基础上，通过改变硅烷单体的种类和比例来调节涂料的疏水特性，实现与输运装置粘结性好，又能有效地防止结垢或生物固着，同时，具有搪瓷表面的品质、装饰性强、安全无毒性，是一种环保型涂料。

Description

一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能涂料领域，涉及一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料及其制备方法。

背景技术

各种输运及加热管道或大型加热装置在应用中经常因结垢降低其工作效率。例如，加热管道结水垢后，会严重腐蚀管壁及降低加热效率。一方面，输水管道由于硬水中含有部分矿物质，输运时在管道内壁上形成水垢；另一方面，输运富含生物的污水的管道，在应用中经常受到固着生物的侵害和污染，这样，极大地降低了输运的效率，并且，增加了更换输运装置或疏通管道的费用。特别地，工业上普遍使用的大型锅炉在应用中的结垢问题，一直是一个长期研究的课题。

针对这种情况，对热水器的防水垢，采用物理方法(磁化水)和化学方法(硬水的软化)报道较多，而采用涂层抗结水垢的报道尚处在萌芽阶段。例如，中国专利(授权公告号CN201301246Y)提供了一种“防水垢滋生器”，通过设置铁氧体高强磁钢使管道自来水中的钙镁离子发生化学反应使水软化。此外，传统的防污涂料是利用其中所含毒剂以一定速度渗出而使固着生物致死，这样致使大量的毒剂进入环境中，危机食物链和人类自身的安全。例如，中国专利(授权公告号CN1205291C)，提供了一种“氟硅抗结水垢乳胶涂料及其生产方法”，由按重量百分比计的硅树脂乳液、聚四氟乙烯乳液、色浆、消泡剂组成，其中硅树脂乳液中的硅树脂由按重量份计的硅烷单体组成。

从保护生态环境的观点出发，开发无毒长效防污或防结垢涂料已成为我国甚至国际上急需解决的重要课题，鉴于此，本发明的目的是提供一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料，本涂料以水性纳米氧化物溶胶为成膜物质，通过改变硅烷单体的种类和比例来调节涂料的疏水特性，实现与输运装置粘结性好，又能有效地防止水垢或生物固着。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料及其制备方法，用以实现一种能有效地防止结垢或生物固着的涂料技术。

一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料，该涂料按照如下配方组成：

组成                          重量

铝溶胶                        15～65％

硅溶胶                        15～65％

硅烷单体                      4～20％

颜料                          3～27％

填料                          3～27％

防沉剂等                      5～25％

其中，前述的比例是按比重展开的，总量为100％。

进一步，所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，还具有如下技术特征：

所述的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度为10～40nm。

所述的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为10～40nm。

所述的硅烷单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、正辛基氯硅烷、十六烷基氯硅烷、十三氟四氢辛基氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷和氟硅单体中的一种或一种以上的混合物。

所述的颜料主要是功能型颜料，为铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉、硅灰粉，以及烛光金粉或各种色彩颜料调配的色浆中的一种或一种以上的混合物。

所述的填料，包括纳米级微晶粉二氧化硅、钛酸钾晶须、氧化铝中的一种或一种以上的混合物。

所述的防沉剂，包括无机膨润土中的钠基膨润土、钙基膨润土、锂基膨润土、氢基膨润土(活性白土)的一种或一种以上的混合物。

一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料的制备方法，该方法包括有如下的步骤：

步骤1，按照前述的权利要求1所述的比例，分别称取相应分量的铝溶胶、硅烷单体、颜料、填料及防沉剂，进行初期混合之后进行高速分散，然后对其进行研磨直至其细度达到15μm以下，将其做为a组分；

步骤2，按照前述的权利要求1所述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其做为b组分；

步骤3，使用时将a组分和b组分进行充分混合并静置熟化，形成所述的瓷膜涂料。

进一步，所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料的制备方法，还具有如下技术特征：

所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900～1000r/min来实现的，分散时间为2～3h。

所述的研磨，是采用篮式砂磨机来实现的，研磨时间6～8h。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明以纳米级铝溶胶、纳米级硅溶胶为成膜物质，成膜后的化学键以“Si＝O”和“Al＝O”为主，完全是无机分子结构，由于其粒度介于纳米级，在后续的涂装和成型过程中，可以利用该胶体自身的粘性与附着力，来代替传统意义上的有机溶剂及粘接剂填料等，具有天然的安全无毒性，是一种环保型耐高温涂料。

(2)、本发明可以根据涂料的实际应用，通过改变硅烷单体的种类和比例来调节涂料的疏水特性，实现与输运装置或管道粘结性好，又能有效地防止水垢或生物固着的作用。

(3)、本发明主要选用天然矿石无机膨润土代替传统的有机试剂作为防沉剂，减少了涂料配方中的环境污染因素，并且此类矿石在高温下无有害气体释放，安全可靠，具有积极的环保效果。

具体实施方式

具体实施例1：

本发明所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，可按照如下配方构成：

组成                        重量

铝溶胶                  430kg

硅溶胶                  300kg

硅烷单体                100kg

颜料                    80kg

填料                    40kg

防沉剂等                50kg

这些组分合起来共为1000kg。

其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为15nm。

其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为20nm。

其中的硅烷单体为90kg甲基氯硅烷和10kg苯基氯硅烷。

其中的颜料，可选为铜铬黑，具有极好的耐化学腐蚀性，户外耐候性，热稳定性，耐光性，并具有无渗透性，无迁移性。

其中的填料，可选为纳米级微晶粉二氧化硅，该晶须粒度小、分散性强，有助于在涂料中实现均匀混合的目的。

其中的防沉剂，可选用无机膨润土中的钠基膨润土，该成分对整体涂料的成型、光洁度的提升可发挥作用。

具体实施例2：

本发明所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，可按照如下配方构成：

组成                    重量

铝溶胶                  300kg

硅溶胶                  400kg

硅烷单体                120kg

颜料                    50kg

填料                    70kg

防沉剂等                60kg

这些组分合起来共为1000kg。

其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为25nm。

其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为15nm。

其中的硅烷单体为108Kg甲基氯硅烷和10Kg苯基氯硅烷、2Kg正辛基氯硅烷。

其中的颜料，可选为钛白粉，其遮盖力强，粒子均匀细小，易于分散且性能稳定。

其中的填料，可选为氧化铝，该氧化铝为纳米级粉体，分散性极强，易于在涂料中实现均匀混合，同时，因为其自身的纳米效应，有利于优化涂料的性能。

其中的防沉剂等，可选用无机膨润土中的锂基膨润土，具有极高的物理化学性和分散性，对涂料的成型等发挥重要的作用。

具体实施例3：

本发明所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，可按照如下配方构成：

组成                    重量

铝溶胶                  450kg

硅溶胶                  300kg

硅烷单体                50kg

颜料                    90kg

填料                    60kg

防沉剂等                50kg

这些组分合起来共为1000kg。

其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为35nm。

其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为25nm。

其中的硅烷单体为45Kg甲基氯硅烷和3.5Kg苯基氯硅烷、1.5Kg十三氟四氢辛基氯硅烷。

其中的颜料，可选为钴蓝，具有极好的遮盖力，色彩透明性和高着色力，热稳定性，耐光性，很高的光反射性。

其中的填料，可选为钛酸钾晶须，该晶须分散性强，有助于在涂料中实现均与混合的目的，同时，因为晶须自身的强度，有利于加强涂料的内聚力。

其中的防沉剂等，可选用无机膨润土中的钙基膨润土，能增强涂层的耐水性，提高涂层的强度和附着力和分散性，增强涂料的稳定性。

本发明所述的具有防垢、防污功能的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，它可以通过如下的步骤来实现：

步骤1，按照实施例所述的比例，分别称取相应分量的铝溶胶、硅烷单体、颜料、填料及防沉剂等，进行初期混合之后，开始进行高速分散，然后对其进行研磨直至其细度达到15μm以下，将这部分原料做为a组分；

步骤2，按照实施例所述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其做为b组分；

步骤3，使用时将a组分和b组分进行充分混合并静置熟化，形成所述的瓷膜涂料。

所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900～1000r/min来实现的，分散时间为2～3h。

所述的研磨，是采用篮式砂磨机来实现的，研磨时间6～8h，一般直至其细度达到15μm以下。

通过该制备工艺所获得的环保型防结垢纳米瓷膜涂料，在外观上为玻璃水质状；

在燃烧方面，为不燃，在加热状况下无烟；

在耐热性方面，能抵抗500～800℃的高温；

在硬度方面，能够达到9H；

耐候性方面大于30年；

在耐酸、耐碱、耐溶剂那、耐热水、耐热油等方面，也都表现良好。

施工方法：

金属基材的前处理：脱脂处理，必要时喷砂处理。

涂装方式：空气喷涂、浸涂、刷涂等。

作为举例，在金属表面上施工前，需要对金属基材进行表面净化处理，使其表面干净、无杂物、无锈斑，具体可通过对金属表面进行喷砂处理，以及脱脂去污处理等方式来实现。在喷涂之前，可对瓷膜涂料采用300目的滤网进行过滤。

以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料，其特征在于该涂料由如下配方组成：

其中，前述各组分含量之和为100％；

所述的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度为10～40nm；

所述的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为10～40nm；

所述的硅烷单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、正辛基氯硅烷、十六烷基氯硅烷、十三氟四氢辛基氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷中的一种或一种以上的混合物；

所述的防沉剂，包括无机膨润土中的钠基膨润土、钙基膨润土、锂基膨润土、氢基膨润土(活性白土)的一种或一种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料，其特征在于：所述的颜料主要是功能型颜料，为铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉、硅灰粉，以及烛光金粉中的一种或一种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料，其特征在于：所述的填料，包括纳米级微晶粉二氧化硅、钛酸钾晶须、氧化铝中的一种或一种以上的混合物。

4.一种权利要求1所述的环保型防结垢纳米瓷膜涂料的制备方法，其特征在于该方法包括有如下的步骤：

步骤1，按照前述的权利要求1所述的比例，分别称取相应重量的铝溶胶、硅烷单体、颜料、填料及防沉剂，进行初期混合之后进行高速分散，然后对其进行研磨直至其细度达到15μm以下，将这部分原料作为a组分；

步骤2，按照前述的权利要求1所述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其作为b组分；

步骤3，使用时将a组分和b组分进行充分混合并静置熟化，形成所述的瓷膜涂料。

5.根据权利要求4所述的一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料的制备方法，其特征在于：所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900～1000r/min来实现的，分散时间为2～3h。

6.根据权利要求4所述的一种环保型防结垢纳米瓷膜涂料的制备方法，其特征在于：所述的研磨，是采用篮式砂磨机来实现的，研磨时间6～8h。