CN104725945A - 一种新型耐高温水性氟碳涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性氟碳乳液45～63份，有机硅树脂5～8份，火山岩纤维2～5份，氧化铝8～14份，成膜助剂1～4份，消泡剂0.3～0.8份，增稠剂0.2～4.5份，分散剂0.3～1.9份，颜料5～16份，去离子水25～35份。本发明还提供了该耐高温水性氟碳涂料的制备方法。本发明提供的耐高温水性氟碳涂料具有很好的耐高温性能，可扩大其应用范围以及进一步推广。

Description

一种新型耐高温水性氟碳涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑氟碳涂料，特别是涉及一种耐高温水性氟碳涂料及其制备方法。
背景技术：
氟碳涂料是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料，又称氟碳漆、氟涂料、氟树脂涂料等。在各种涂料之中，氟树脂涂料由于引入的氟元素电负性大，碳氟键能强，所以具有比较优越的各项性能。经过几十年的快速发展，氟碳涂料在建筑、化学工业、电器电子工业、机械工业、航空航天产业、家庭用品的各个领域得到广泛应用，成为继丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、有机硅涂料等高性能涂料之后，综合性能最高的涂料。目前，应用比较广泛的氟树脂涂料主要有PTFE、PVDF、PEVE等三大类型。
公告号为CN102898904B、公告日为2014.10.15、专利权人为上海三银制漆有限公司的中国专利公开了“一种水性氟碳涂料及其制备方法和应用”，该水性氟碳涂料的原料配方为：水性氟碳乳液13.0～48.0％、羟乙基纤维素1.0～3.0％、无机颜料10.5～18.8％、填料18.2～32.2％，耐磨粉5.0～1.0％、消泡剂0.1～0.5％、杀菌剂0.4～4.0％、增稠剂0.1～3.2％、成膜助剂0.6～3.0％、防冻剂1.0～4.2％和水14.0～20.0％；水性氟碳涂料的pH值为8.0～9.5；耐磨粉的莫氏硬度在9.0以上。该水性氟碳涂料无毒、无污染，兼具装饰功能和保护功能，其漆膜耐磨性、耐候性、防腐性好，不过其耐高温性能不佳，在高温环境下有一定的安全隐患，限制了其应用范围，制约了其进一步的推广。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种耐高温水性氟碳涂料，具有很好的耐高温性能，可扩大其应用范围以及进一步推广。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：
优选地，本发明所述水性氟碳乳液为水性FEVE乳液，其氟含量为20～35％。相对于PTFE、PVDF氟碳乳液，FEVE乳液的耐热性更高一些。
优选地，本发明所述氧化铝为γ-氧化铝。
优选地，本发明所述成膜助剂为2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
优选地，本发明所述消泡剂为聚硅氧烷。
优选地，本发明所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
优选地，本发明所述分散剂为聚羧酸铵盐。
优选地，本发明所述颜料为石墨粉、钛白粉以及滑石粉中的一种或几种。石墨粉、钛白粉、滑石粉这几种颜料都比较耐热，而且热稳定性也很好。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述耐高温水性氟碳涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种耐高温水性氟碳涂料的制备方法，其步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、成膜助剂、消泡剂、分散剂、颜料加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
优选地，所述步骤(1)中，短纤维的长度为4mm。
由上可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)火山岩纤维是天然火山岩矿石经高温熔融后通过高速拉制而成的连续纤维，其具有很好的耐高温性能，经过短切、偶联剂的改性处理后，偶联剂形成的涂层附于火山岩纤维的表面，增加了其表面的粗糙程度，改善了其与氟碳基体之间的相容性，从而有效提高涂料的耐高温性能。
2)氧化铝是一种导热性能很好的耐热无机材料，经过硬脂酸处理后，硬脂酸分子在其表面发生了吸附键合反应形成了化学键，使其能很好地分散于氟碳基体中，氧化铝粒子之间的相互接触作用使其在氟碳基体中形成了导热网链，大大提高了涂料的导热系数。
3)有机硅树脂具有优良的热稳定性，其可与氟碳基体形成类似于无机硅酸盐结构的立体网络结构，从而改善涂料的热稳定性，进一步提高涂料的耐高温性能。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液48份，有机硅树脂5份，火山岩纤维3份，γ-氧化铝14份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1.5份，聚硅氧烷0.4份，缔合型聚氨酯增稠剂4.5份，聚羧酸铵盐0.5份，石墨粉10份，去离子水30份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、石墨粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性FEVE乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
实施例2
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液50份，有机硅树脂7份，火山岩纤维2份，γ-氧化铝8份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯2份，聚硅氧烷0.8份，缔合型聚氨酯增稠剂4份，聚羧酸铵盐1份，钛白粉16份，去离子水35份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、钛白粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
实施例3
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液45份，有机硅树脂6.5份，火山岩纤维4.5份，γ-氧化铝10份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯4份，聚硅氧烷0.3份，缔合型聚氨酯增稠剂1份，聚羧酸铵盐1.9份，石墨粉15份，去离子水25份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、石墨粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
实施例4
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液63份，有机硅树脂8份，火山岩纤维5份，γ-氧化铝9份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯3份，聚硅氧烷0.5份，缔合型聚氨酯增稠剂0.2份，聚羧酸铵盐1.5份，滑石粉5份，去离子水34份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、滑石粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
实施例5
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液60份，有机硅树脂6份，火山岩纤维4份，γ-氧化铝12份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯3.5份，聚硅氧烷0.6份，缔合型聚氨酯增稠剂3份，聚羧酸铵盐0.3份，滑石粉14份，去离子水28份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、滑石粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
实施例6
一种耐高温水性氟碳涂料，按重量份数计，其组成包括：水性FEVE乳液50份，有机硅树脂7.5份，火山岩纤维3.5份，γ-氧化铝11份，2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1份，聚硅氧烷0.7份，缔合型聚氨酯增稠剂2份，聚羧酸铵盐0.8份，钛白粉8份，去离子水32份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成长度为4mm的短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的γ-氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、聚硅氧烷、聚羧酸铵盐、钛白粉加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、缔合型聚氨酯增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到耐高温水性氟碳涂料。
经测试，实施例1-6制得的涂料以及对比例的耐高温表现以及导热系数如下表所示，其中，
对比例为公告号为CN102898904B的中国专利；
耐高温表现测试步骤大体为：将各涂料涂膜放入烘箱中逐渐升温，观察涂膜表面变化，记录涂膜表面开始收缩变形、孔隙增多时的耐热温度值，该温度值越高，证明耐高温性能越好。
由上表可见，本发明制得的氟碳涂料的耐热温度值以及导热系数均高于对比例，具有很好的耐高温性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：按重量份数计，其组成包括：
2.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述水性氟碳乳液为水性FEVE乳液，其氟含量为20～35％。
3.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述氧化铝为γ-氧化铝。
4.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述成膜助剂为2，2，4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述消泡剂为聚硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
7.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述分散剂为聚羧酸铵盐。
8.根据权利要求1所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料，其特征在于：所述颜料为石墨粉、钛白粉以及滑石粉中的一种或几种。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将火山岩纤维剪切成短纤维，将偶联剂KH550溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的偶联剂溶液，将短纤维加入偶联剂溶液并浸泡10分钟，移至恒温水浴中90℃下加热2小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中110℃下干燥3小时，得到改性火山岩纤维；
(2)将硬脂酸溶于质量分数为90％的乙醇溶液中，混合均匀后得到质量分数为2％的硬脂酸溶液，将干燥后的氧化铝加入硬脂酸溶液中，搅拌0.5小时后移至超声容器中超声分散1小时，取出后过滤、洗涤，置于真空干燥箱中100℃下干燥3小时，得到改性氧化铝；
(3)按配方量将有机硅树脂、成膜助剂、消泡剂、分散剂、颜料加入去离子水中，转速为1000rpm下搅拌12分钟，得到混合料；
(4)按配方量将水性氟碳乳液、增稠剂加入步骤(3)得到的混合料中，转速为500rpm下搅拌10分钟，得到浆料；
(5)按配方量将步骤(1)得到的改性火山岩纤维、步骤(2)得到的改性氧化铝加入步骤(4)得到的浆料中，转速为600rpm下搅拌8分钟，得到新型耐高温水性氟碳涂料。
10.根据权利要求9所述的一种新型耐高温水性氟碳涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，短纤维的长度为4mm。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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