CN102653652A - 一种纳米复合氟碳涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米复合氟碳涂料的制备方法，主要是将纳米二氧化钛添加到氟碳涂料中，从而改善氟碳涂料的抗菌性、自洁性、抗紫外老化性等，属于涂料加工技术领域。本发明涂料在常温干燥的环境下喷涂于钢材表面，在涂膜前将钢材表面处理干净，预先涂上底漆，采用空气喷涂，涂抹厚度为35±5μm。本发明所述的纳米二氧化钛改性氟碳涂料的有益效果主要体现在：（1）所述纳米二氧化钛改性的氟碳涂料，其自清洁、耐沾污和抗紫外老化性能得到改善；（2）光泽度明显提高；（3）原料价廉，工艺简单，成本低，利于工业化生产。

Description

一种纳米复合氟碳涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米复合氟碳涂料的制备方法，主要是将纳米二氧化钛添加到氟碳涂料中，从而改善氟碳涂料的抗菌性、自洁性、抗紫外老化性等，属于涂料加工技术领域。

背景技术

氟碳涂料拥有很高的耐热性、耐化学腐蚀性、耐久性和耐候性，对许多溶剂、酸碱具有不活泼性，因此在各地区、各领域都得到了广泛的应用；但其本身不具有自清洁功能，同时作为装饰材料，氟碳涂料本身的光泽度不高；自日本东京大学的藤岛昭教授首次发现纳米二氧化钛的光催化特性以来，纳米二氧化钛受到了国内外有关人士的广泛研究，并得以在废水处理、空气净化、抗菌、汽车工业等领域得到广泛应用，由于它的高效催化效应，所以纳米二氧化钛在光催化降解污染物、杀菌除臭、废水处理和净化大气等方面的优势，纳米二氧化钛更成为人们关注的焦点；在氟碳涂料中加入纳米二氧化钛后，可以改善氟碳涂料的自清洁、耐沾污和抗紫外老化性能；也因为二氧化钛具有高的折射率和反折射率，加入纳米二氧化钛后，氟碳涂料的光泽度将明显提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米二氧化钛改性氟碳涂料的制备方法，改善氟碳涂料的自清洁、耐沾污和抗紫外老化性能，提高氟碳涂料的光泽度。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：一种纳米二氧化钛改性的氟碳涂料，其特征在于通过以下技术方案实现：

经对现有技术的文献检索发现，湖南大学杨景花在在其2006年的硕士学位论文《纳米二氧化钛改性氟碳涂料及涂装工艺的研究》中提到压缩空气喷涂的氟碳涂料在基材温度221~249℃条件下烘烤10~20min，而本专利中压缩空气喷涂的氟碳涂料在烘箱温度235℃条件下烘烤5min就可达到漆膜的完全干燥，大大缩短的高温烘烤的时间，这在实际生产应用中所节省的干燥时间是可观的，本技术中所加入的气相二氧化硅（牌号A200）可以有效提高颜填料的稳定性，改善颜填料的分散性，防沉降，防流挂，提高漆膜附着力，其加入量也是经试验所得的较为合适的量。

本发明所涉及的一种纳米复合氟碳涂料，包含的组分及质量百分数为：

纳米二氧化钛                              1-5%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                  24-27%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）       25-28%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                      6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                    2-5%；

混合溶剂                                   余量。

所述纳米二氧化钛是经过表面改性的锐钛型纳米二氧化钛颗粒，纳米粒子的粒径范围在10-80nm之间。

所述表面改性的锐钛型纳米二氧化钛颗粒是经过KH-550硅烷偶联剂改性的，改性过程如下：

A、将纳米二氧化钛粉末加入乙醇溶液中，配置成质量浓度为4%的乙醇溶液，超声振荡使得纳米二氧化钛粉末在乙醇溶液中混合均匀；

B、按二氧化钛质量的1%，取硅烷偶联剂KH-550加入去离子水中，配置成质量浓度为2%的水溶液，调节pH值至9，超声振荡使得硅烷偶联剂KH-550在去离子水中预水解；

C、将步骤B所得的水溶液加入步骤A所得的乙醇溶液中，搅拌均匀，在80℃下超声振荡4h；

D、对步骤C中所得混合浆料按常规进行乙醇洗、水洗、抽滤、烘干、研磨后，得到表面改性的纳米二氧化钛产品。

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

所述的一种纳米复合氟碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

A、将2-5%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入1-5%的经过表面改性的锐钛型纳米二氧化钛，2000-4000r/min转速分散0.5-2h；

B、将PVDF 24-27%，40%固含量的丙烯酸树脂25-28%，A200 0.4%，CAB551 4%和铝银浆6%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

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

本发明所述的纳米二氧化钛改性氟碳涂料的有益效果主要体现在：（1）所述纳米二氧化钛改性的氟碳涂料，其自清洁、耐沾污和抗紫外老化性能得到改善；（2）光泽度明显提高；（3）原料价廉，工艺简单，成本低，利于工业化生产。

附图说明

图1是本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜与纯氟碳涂料涂膜样品的紫外-可见光透射曲线图；（a）纯氟碳涂料涂膜样品（b）本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜；

  图2是本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜的SEM图；

图3是本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜与纯氟碳涂料涂膜样品的接触角示意图；（a）纯氟碳涂料涂膜样品（b）本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜；

图4是本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜与纯氟碳涂料涂膜样品的肉眼直接观察照片图；（a）纯氟碳涂料涂膜样品（b）本发明制备的纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜。

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：

纳米二氧化钛                                1%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                   26.6%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）         27%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                       6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                      2%；

混合溶剂                                    余量。

A、将2%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入1%的经过表面修饰的纳米二氧化钛，2500r/min转速分散1h；

B、将PVDF 26.6%，40%固含量的丙烯酸树脂27%，A200 0.4%，CAB551 4%，铝银浆6%加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

将本实施例所得的涂料在常温干燥的环境下喷涂于经过预处理的钢材表面，涂抹厚度为35μm。

实施例2

涂料配方：

纳米二氧化钛                                2%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                    26%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）        26.6%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                       6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                      3%；

混合溶剂                                    余量。

A、将3%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入2%的经过表面修饰的纳米二氧化钛，2000r/min转速分散2h；

B、将PVDF 26%，40%固含量丙烯酸树脂26.6%，A200 0.4%，CAB551 4%，铝银浆6%，加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

将本实施例所得的涂料在常温干燥的环境下喷涂于经过预处理的钢材表面，涂抹厚度为40μm。

实施例3

涂料配方：

纳米二氧化钛                                3%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                   25.6%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）         26%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                       6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                      4%；

混合溶剂                                    余量。

A、将4%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入3%的经过表面修饰的纳米二氧化钛，3500r/min转速分散1.5h；

B、将PVDF 25.6%，40%固含量丙烯酸树脂26%，A200 0.4%，CAB551 4%，铝银浆6%，加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

将本实施例所得的涂料在常温干燥的环境下喷涂于经过预处理的钢材表面，涂抹厚度为30μm。

实施例4

涂料配方：

纳米二氧化钛                                4%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                    25%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）        25.6%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                       6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                      5%；

混合溶剂                                    余量。

A、将5%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入4%的经过表面修饰的纳米二氧化钛，4000r/min转速分散1h；

B、将PVDF 25%，40%固含量的丙烯酸树脂25.6%，A200 0.4%，CAB551 4%，铝银浆6%，加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

将本实施例所得的涂料在常温干燥的环境下喷涂于经过预处理的钢材表面，涂抹厚度为35μm。

所制备的纳米二氧化钛改性的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

用紫外可见分光光度计测得经纳米二氧化钛改性的氟碳涂料漆膜的紫外-可见光的透过率。

图1为纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜与纯氟碳涂料涂膜样品的紫外-可见光透射曲线（a）与（b）对比表明，纳米二氧化钛改性氟碳涂料涂膜比纯氟碳涂料涂膜在同一波长的紫外光透过率明显下降，说明部分紫外光被纳米二氧化钛所吸收；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，当纳米二氧化钛存在时，由于它可以吸收部分紫外线，可以起到一种紫外屏蔽的做，从而阻止了涂料的老化。

（2）SEM观察

   图2是用扫描电子显微镜观察经纳米二氧化钛改性的氟碳涂料漆膜的表面形貌，由图可见，纳米粒子分散较为均匀。

（3）甲基红实验

用毛刷将甲基红的饱和乙醇溶液轻轻涂抹于涂膜表明，然后放在紫外灯箱内室温下照射，3天后观察甲基红颜色变化，继续照射3天，在中等水流冲洗下，观察甲基红颜色是否褪去。

结果表明，甲基红非常醒目的鲜红色经过3天的紫外照射后基本退去，继续照射颜色完全消失，说明光催化降解作用在初期就已经发生，涂膜表明残留的颜色在中等水流下可以完全洗净，说明纳米二氧化钛改性氟碳涂料的涂膜在紫外光照下，自清洁效果比较明显。

（4）接触角测定

图3中(a)为未加入纳米二氧化钛的氟碳涂料涂膜，其接触角为68.694°，(b)为加入纳米二氧化钛的氟碳涂料涂膜，其接触角为81.469°；表明添加纳米二氧化钛后，涂膜的疏水性能明显比未加纳米二氧化钛的涂膜好，纳米二氧化钛改性的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。

（5）直接观察

图4中(a)为未添加纳米二氧化钛的氟碳涂料涂膜，(b)为添加改性的纳米二氧化钛的氟碳涂料的涂膜，可见(b)较有光泽，(a)光泽度略低，肉眼观察更加明显。

Claims (5)

1.一种纳米复合氟碳涂料，其特征在于所述组分按照质量百分比计算为：

纳米二氧化钛                              1-5%；

聚偏氟乙烯树脂（PVDF）                  24-27%；

40%固含量的丙烯酸树脂（牌号B-44）       25-28%；

气相二氧化硅（牌号A200）                  0.4%；

醋酸纤维素（牌号CAB551）                   4%；

铝银浆                                      6%；

分散剂（牌号TAZ-ND1）                    2-5%；

混合溶剂                                   余量。

2.如权利要求1所述的一种纳米复合氟碳涂料，其特征在于：所述纳米二氧化钛是经过表面改性的锐钛型纳米二氧化钛颗粒，纳米粒子的粒径范围在10-80nm之间。

3.如权利要求2所述的一种纳米复合氟碳涂料，其特征在于：所述表面改性的锐钛型纳米二氧化钛颗粒是经过KH-550硅烷偶联剂改性的，改性过程如下：

A、将纳米二氧化钛粉末加入乙醇溶液中，配置成质量浓度为4%的乙醇溶液，超声振荡使得纳米二氧化钛粉末在乙醇溶液中混合均匀；

B、按二氧化钛质量的1%，取硅烷偶联剂KH-550加入去离子水中，配置成质量浓度为2%的水溶液，调节pH值至9，超声振荡使得硅烷偶联剂KH-550在去离子水中预水解；

C、将步骤B所得的水溶液加入步骤A所得的乙醇溶液中，搅拌均匀，在80℃下超声振荡4h；

D、对步骤C中所得混合浆料按常规进行乙醇洗、水洗、抽滤、烘干、研磨后，得到表面改性的纳米二氧化钛产品。

4.如权利要求1所述的一种纳米复合氟碳涂料，其特征在于：所述混合溶剂的组分按照质量百分比计算为：异佛尔酮15%，二乙二醇乙醚醋酸酯（DCAC）15%，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）20%，丙二醇苯醚（PPH）10%，丁酮20%，正丁醇 10%，甲基异丁基甲酮（MIBK）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所述的一种纳米复合氟碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

A、将2-5%的分散剂溶解于混合溶剂中，加入1-5%的经过表面改性的锐钛型纳米二氧化钛，2000-4000r/min转速分散0.5-2h；

B、将PVDF 24-27%，40%固含量的丙烯酸树脂25-28%，A200 0.4%，CAB551 4%和铝银浆6%先后加入到A中分散好的溶液中，混合均匀得纳米二氧化钛改性的氟碳涂料。

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