CN104558386A - 一种防覆冰氟碳乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防覆冰氟碳乳液，原料按质量百分比为：含氟单体10.00-50.00％、改性单体0.00-10.00％、无机纳米颗粒0.50-5.00％、引发剂0.00-2.00％、乳化剂0.50-5.00％，助溶剂0.00-20.00％，余量为水。本发明还公开了上述防覆冰氟碳乳液的制备方法。所述防覆冰氟碳乳液的生产工艺简单、产品安全环保，且性能优异。

Description

一种防覆冰氟碳乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及氟碳树脂乳液，具体涉及一种防覆冰氟碳树脂乳液及其制备方法。

背景技术

积雪覆冰会在很多领域造成损失，如道路阻滞、电力瘫痪、飞机停飞、风机超负荷运行等。防覆冰技术主要是指延长过冷水的结冰时间，使水在凝固之前有足够时间能够依靠重力、离心力、风力等作用脱离结冰表面，从而达到防止结冰的目的，这就要求降低表面的表面能和对冰、水的附着力。

中国专利CN 102492945B公开了一种仿生微纳复合结构防覆冰表面及其制备方法，该方法为材料表面纳米结构化和低表面能修饰的结合，但工艺成本较高；中国专利申请CN103483890A公开了一种含有改性无机纳米颗粒的聚合物防覆冰涂料及其制备方法，但该涂料所用树脂及改性无机纳米颗粒的生产工艺复杂，不利于应用；中国专利申请CN 103788831A公开了一种防腐蚀防覆冰的涂料，该防覆冰涂料所用溶剂为酯类、酮类、醚类等有机溶剂，其生产和应用过程会对环境及工作人员的人身健康造成危害。

发明内容

为克服现有技术中成本高、工艺复杂、环境危害大等不足，本发明采用简单易行的制备方法，并以低毒或无毒物质作为溶剂，提供了以下技术方案：

本发明的技术方案的第一方面提供了一种防覆冰氟碳乳液，包括含氟单体、无机纳米颗粒、乳化剂，还可选的包括改性单体、引发剂；各组分质量百分比为：含氟单体10.00-50.00％、改性单体0.00-10.00％、无机纳米颗粒0.50-5.00％、引发剂0.00-2.00％、乳化剂0.50-5.00％、助溶剂0.00-20.00％，余量为水，共计100％；其中，所述的含氟单体选自丙烯酸全氟烷基酯、甲基丙烯酸全氟烷基酯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯或偏二氟乙烯；改性单体选自丙烯酸单体、乙烯基醚单体或乙烯基酯单体。

本发明的技术方案的第二方面提供了一种制备上述防覆冰氟碳乳液的方法，包括以下步骤：

1)将无机纳米颗粒、引发剂、乳化剂在去离子水中充分乳化；

2)乳化液加入反应容器中，在搅拌条件下加热至40-95℃；

3)向反应器中缓慢加入含氟单体、改性单体，待单体聚合完全后停止加热即得。

根据本发明第一方面的技术方案提供的防覆冰氟碳乳液，在一些实施方式中，所述的防覆冰氟碳乳液还可选的包括助溶剂，原料按质量百分比为：含氟单体20.00-40.00％、改性单体0.00-5.00％、无机纳米颗粒0.50-2.00％、引发剂0.00-2.00％、乳化剂1.00-3.00％、助溶剂0.00-10.00％，余量为水，共计100％。

在一些实施方式中，所述助溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇或乙醚。

在一些实施方式中，乳液平均粒径大小为100-500纳米。

在一些实施方式中，所述的无机纳米颗粒的平均粒径大小为20-200纳米；所述的无机纳米颗粒选自二氧化钛、二氧化硅、炭黑。

在一些实施方式中，所述引发剂选自过硫酸盐类引发剂、偶氮类引发剂或过氧化物引发剂。

在一些实施方式中，所述乳化剂选自阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂。

根据本发明第二方面的技术方案提供的制备方法，在一些实施方式中，步骤2)所述搅拌的速度为50-500rpm。

在一些实施方式中，步骤1)所述乳化的方法包括高速搅拌、高速振荡、超声波处理。

在一些实施方式中，步骤2)所述反应容器包括常压容器和高压容器中。

本发明的实施方式中使用的水均采用去离子水。

除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“搅拌速度为500-5000rpm”表示搅拌速度R的范围为500rpm≤R≤5000rpm。

本发明使用的定义“或”表示备选方案，如果合适的话，可以将它们组合，也就是说，术语“或”包括每个所列出的单独备选方案以及它们的组合。例如，“改性单体选自丙烯酸单体、乙烯基醚单体或乙烯基酯单体”表示改性单体可以是丙烯酸单体、乙烯基醚单体、乙烯基酯单体之中的一种，也可以是其一种以上的组合。

本发明中的数字均为近似值，无论有否使用“大约”或“约”等字眼。数字的数值有可能会出现1％、2％、5％、7％、8％、10％等差异。每当公开一个具有N值的数字时，任何具有N+/-1％，N+/-2％，N+/-3％，N+/-5％，N+/-7％，N+/-8％或N+/-10％值的数字会被明确地公开，其中“+/-”是指加或减，并且N-10％到N+10％之间的范围也被公开。例如，对于“膨化的升温速率为10℃/min”，则有10℃/min+/-1％，10℃/min+/-2％，10℃/min+/-3％，10℃/min+/-5％，10℃/min+/-7％，10℃/min+/-8％和10℃/min+/-10％的值被同时公开，同时，10℃/min-10％到10℃/min+10％之间的温度范围也属于公开的范围，亦即9-11℃/min之间的值，都在膨化的升温速率的包含范围内。

根据本发明第一方面的技术方案提供的超耐候氟碳涂料，其适用于喷涂、辊涂、刮涂、刷涂、浸涂等涂装方式；适用于高分子材料、无机非金属材料、金属材料的基材。

本发明克服了现有技术中成本高、工艺复杂、环境危害大等种种不足，提供一种高性能防覆冰氟碳树脂乳液，并提供合成该乳液的方法。具体的，本发明第一方面的技术方案提供的防覆冰氟碳乳液或第二方面提供的制备方法，相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)所用溶剂为低毒或无毒物质；2)其合成工艺简单易行；3)在各种材质上应用性能优异，达到了超疏水、防覆冰的效果。

具体实施方式

以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。实施例中所用的原料均可以通过商业途径获得。

实施例1

将平均粒径为200纳米的二氧化钛2份、十二烷基苯磺酸钠3份添加到50份去离子水中，以10000rpm的搅拌速度充分乳化；将乳化液加入带加热和搅拌装置的常压玻璃反应器中，在500rpm搅拌速度下加热到95℃；将30份甲基丙烯酸六氟丁酯和5份甲基丙烯酸甲酯溶于10份乙醇助溶剂中混合单体溶液，向反应器中缓慢加入，匀速滴加2小时；待单体聚合完全后停止加热，获得防覆冰氟碳乳液100份。

将上述氟碳乳液直接浸涂涂装于洁净聚氯乙烯树脂板表面，100℃下干燥1小时即获得防覆冰涂层。

对氟碳乳液及涂层进行测试，按标准GB1725-2007测试其乳液固含量，使用激光光散射粒度仪测量乳液平均粒径大小，按标准GB9286-1998测试其涂层附着力，使用接触角测量仪(悬滴5μL水滴)测量水接触角，检测方法及结果见表1。

实施例2

将平均粒径为70纳米的炭黑1份、过氧化二苯甲酰0.5份、壬基酚聚氧乙烯基醚2份添加到76.5份去离子水中，以超声波处理的方法使其充分乳化；将乳化液加入带加热和搅拌装置的高压不锈钢反应器中，氮气置换后在200rpm搅拌速度下加热到60℃；向反应器中缓慢通入20份偏二氟乙烯单体，保持反应压力0.5MPa；待压力降至常压后停止加热，获得防覆冰氟碳乳液100份。

将上述氟碳乳液直接喷涂在洁净铝板表面，250℃下真空干燥10分钟即获得防覆冰涂层。

对氟碳乳液及涂层进行测试，检测项目及方法同实施例1，结果见表1。

实施例3

将平均粒径为20纳米的气相二氧化硅0.5份、偶氮二异丁腈2份、十二烷基苯苯磺酸钠0.5份、壬基酚聚氧乙烯基醚0.5份添加到48.5份去离子水中，以15000rpm的搅拌速度充分乳化；将乳化液加入带加热和搅拌装置的高压不锈钢反应器中，在50rpm搅拌速度下加热到40℃；向反应器中缓慢通入40份三氟氯乙烯单体，同时缓慢滴加以3份羟丙基乙烯基醚和5份甲醇助溶剂混合的单体溶液，保持反应压力0.5MPa；待压力降至常压后停止加热，获得防覆冰氟碳乳液100份。

将上述氟碳乳液直接刷涂在洁净不锈钢板表面，常温下干燥24小时即获得防覆冰涂层。

对氟碳乳液及涂层进行测试，检测项目及方法同实施例1，结果见表1。

表1 实施例1-3的测试结果

Claims (10)

1.一种防覆冰氟碳乳液，包括含氟单体、无机纳米颗粒、乳化剂，其特征在于，还可选的包括改性单体、引发剂、助溶剂；各组分质量百分比为：含氟单体10.00-50.00％、改性单体0.00-10.00％、无机纳米颗粒0.50-5.00％、引发剂0.00-2.00％、乳化剂0.50-5.00％、助溶剂0.00-20.00％，余量为水，共计100％；

其中，所述的含氟单体选自丙烯酸全氟烷基酯、甲基丙烯酸全氟烷基酯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯或偏二氟乙烯；

改性单体选自丙烯酸单体、乙烯基醚单体或乙烯基酯单体。

2.根据权利要求1所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，原料按质量百分比为：含氟单体20.00-40.00％、改性单体0.00-5.00％、无机纳米颗粒0.50-2.00％、引发剂0.00-2.00％、乳化剂1.00-3.00％、助溶剂0.00-10.00％，余量为水，共计100％。

3.根据权利要求1或2任一项所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，所述助溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇或乙醚。

4.根据权利要求1或2任一项所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，乳液平均粒径大小为100-500纳米。

5.根据权利要求1或2任一项所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，所述的无机纳米颗粒的平均粒径大小为20-300纳米。

6.根据权利要求5所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，所述的无机纳米颗粒选自二氧化钛、二氧化硅、炭黑。

7.根据权利要求1所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸盐类引发剂、偶氮类引发剂或过氧化物引发剂。

8.根据权利要求1所述的防覆冰氟碳乳液，其特征在于，所述乳化剂选自阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂。

9.一种制备权利要求1-8所述的防覆冰氟碳乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将无机纳米颗粒、引发剂、乳化剂在去离子水中充分乳化；

2)乳化液加入反应容器中，在搅拌条件下加热至40-95℃；

3)向反应器中缓慢加入含氟单体、改性单体，待单体聚合完全后停止加热即得。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤1)所述乳化的方法包括高速搅拌、高速振荡、超声波处理；步骤2)所述搅拌的速度为50-500rpm。