CN105331243A - 一种水性磺化聚醚醚酮涂料及其制备方法及成膜工艺 - Google Patents

一种水性磺化聚醚醚酮涂料及其制备方法及成膜工艺 Download PDF

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季国庆
郭强
张文祥
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Abstract

本发明公开了一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯0.5～10份，二硫化钼0～5份，石墨烯0.1～3份，石墨0～5份，水80～380份。制备水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法为：将磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯乳液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水中混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料；上述水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺为：将水性磺化聚醚醚酮涂料均匀喷涂后高温烧结、冷却后得到膜状水性磺化聚醚醚酮涂层。本发明得到的水性磺化聚醚醚酮涂料具有良好的亲水性，涂装后形成的膜状涂层具有良好的力学性能及减摩耐磨性。

Description

一种水性磺化聚醚醚酮涂料及其制备方法及成膜工艺
技术领域
本发明涉及一种水性涂料，特别涉及一种水性磺化聚醚醚酮涂料以及制备该涂料的制备方法及成膜工艺。
背景技术
由高分子材料制成的涂料涂装形成的高分子固体耐磨涂层以其摩擦系数低、承载能力高、耐磨寿命长、涂覆工艺性优异、防腐蚀及密封性好等特性而备受研究人员关注。聚醚醚酮(PEEK)作为一种高性能高分子材料，具有高强度、高韧性、高耐热性及突出的耐摩擦磨损性能，已成为重要的自润滑型减摩耐磨材料，可以在无润滑、高温、潮湿和腐蚀等恶劣环境下替代金属材料使用。在涂料涂装领域，目前涂料的研究主要向着绿色环保型涂料方向发展，如作为环境友好型涂料的水性涂料，但由于聚醚醚酮亲水性较差，因而无法直接将聚醚醚酮涂料应用于水性涂料中。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种具有良好的强度、耐磨性及水溶性的一种水性磺化聚醚醚酮涂料以及制备该水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法及成膜工艺。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯0.5～10份，二硫化钼0～5份，石墨烯0.1～3份，石墨0～5份，水80～380份。
进一步地，前述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其中，所述的磺化聚醚醚酮的磺化度为25～50％。
进一步地，前述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其中，所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，聚四氟乙烯乳液可以采用日本大金氟化工生产的型号为D-411的聚四氟乙烯乳液。所述的80～380份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为5.5：4.5～6.5：3.5。
进一步地，前述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其中，所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。
进一步地，前述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其中，所述的石墨烯的粒度为10～200nm。
进一步地，前述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其中，所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
制备水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法具体包括以下步骤：将磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯乳液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水按质量份数比例混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料；其中所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，80～380份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为5.5：4.5～6.5：3.5。
进一步地，前述的水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法，其中，磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯溶液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水通过机械搅拌分散或超声分散混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料。
进一步地，前述的水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法，其中，所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm；所述的石墨烯的粒度为10～200nm；所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺如下：将水性磺化聚醚醚酮涂料均匀喷涂涂覆于金属表面上，然后将涂覆有水性磺化聚醚醚酮涂料的金属产品放置于330～360℃环境中高温烧结使水性磺化聚醚醚酮涂料高温烧结形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到膜状水性磺化聚醚醚酮涂层。
进一步地，前述的水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺，其中，水性磺化聚醚醚酮涂料通过气流喷涂或静电喷涂涂覆于金属表面上。
磺化聚醚醚酮(SPEEK)是聚醚醚酮基体经过硫酸磺化处理后形成的产物，由于结构中含有磺酸基团，具有亲水性。本发明是利用磺化聚醚醚酮的亲水性能和合理的配比与制备方法，得到一种新型的环保无污染的水性化涂料——水性磺化聚醚醚酮涂料，该涂料形成的涂层兼具优异的耐磨性能、良好的力学性能、自润滑性能和耐高温性能。
本发明的有益效果是：该发明采用磺化聚醚醚酮为基体树脂，通过选择合适的磺化聚醚醚酮的磺化度以及通过配比各组成成分以及各组成成分的质量份数的配比量，使其在保持聚醚醚酮原有的高强度、耐磨性能的基础上改善聚醚醚酮涂料的亲水性，使其具有水溶性，从而得到环保无污染的水性磺化聚醚醚酮涂料。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯6份，二硫化钼3.5份，石墨烯1份，石墨1.5份，水200份。
本实施例中所述的磺化聚醚醚酮的磺化度为25～50％。所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，所述的200份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为6.5：3.5。所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。所述的石墨烯的粒度为10～200nm。所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
制备上述水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将聚醚醚酮经硫酸磺化处理后提纯得到磺化聚醚醚酮；所述的聚醚醚酮为工程塑料用聚醚醚酮；
(2)将磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯乳液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水按质量份数比例通过机械搅拌分散或超声分散混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料。其中，所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，所述的200份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为6.5：3.5。所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。所述的石墨烯的粒度为10～200nm。所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺如下：将水性磺化聚醚醚酮涂料通过气流喷涂或静电喷涂均匀喷涂涂覆于金属表面上，然后将涂覆有水性磺化聚醚醚酮涂料的金属产品放置于330～360℃环境中高温烧结使水性磺化聚醚醚酮涂料高温烧结形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到膜状水性磺化聚醚醚酮涂层。
实施例二
本实施例所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯7份，石墨烯1份，石墨2.5份，水200份。
本实施例中所述的磺化聚醚醚酮的磺化度为25～50％。所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，所述的200份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为6：4。所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。所述的石墨烯的粒度为10～200nm。所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
制备上述水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法以及水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三
本实施例所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯6份，二硫化钼3.5份，石墨烯2.5份，水200份。
本实施例中所述的磺化聚醚醚酮的磺化度为25～50％。所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，所述的200份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为5.5：4.5。所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。所述的石墨烯的粒度为10～200nm。所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
制备上述水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法以及水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺与实施例一相同，在此不再赘述。
对实施例一、实施例二、实施例三三种不同配比比例的水性磺化聚醚醚酮涂料进行成膜，在成膜工艺中选取高温烧结温度为330～345℃，冷却后将膜状水性磺化聚醚醚酮涂层常温放置24小时，而后对其进行力学性能测试及滑动摩擦磨损性能测试，测试得到的参数参见表一所示，由表一可以看出本发明制得的膜状水性磺化聚醚醚酮涂层具有良好的力学性能且与基体具有良好的粘附性，同时，在保证聚醚醚酮原有的自润滑性能及低摩擦系数的性能上具有良好的减摩耐磨性能以及热稳定性能。该发明采用磺化聚醚醚酮为基体树脂，通过控制磺化聚醚醚酮的磺化度以及通过配比各组成成分以及各组成成分的质量份数的配比量，使其在保持聚醚醚酮原有的高强度、耐磨性能的基础上改善聚醚醚酮涂料的亲水性，使其具有水溶性，从而得到环保无污染的水性磺化聚醚醚酮涂料。
以上是本发明的较佳实施方式，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围之内。
表一三种实施例得到的膜状水性磺化聚醚醚酮涂层的力学性能及摩擦磨损性能参数表
性能 实施例一 实施例二 实施例三
摩擦系数(μ) 0.322 0.315 0.319
体积磨损(V/mm3) 12.3 14.6 11.8
铅笔硬度 3H 3H 3H
附着力等级(级) 1 1 1
抗冲击性能 无裂纹 无裂纹 无裂纹
其中，表一中附着力等级的测定标准为：漆膜附着力测定法GB1720-1979；铅笔硬度的测定标准为：色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度GB6739-2006；抗冲击性能的测定标准为：漆膜耐冲击性能测定法GB1732-1993。摩擦系数及体积磨损的测定标准为：滑动摩擦磨损性能试验GB3960-1983。

Claims (11)

1.一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：其组成成分及各个成分的质量份数组成为：磺化聚醚醚酮100份，聚四氟乙烯0.5～10份，二硫化钼0～5份，石墨烯0.1～3份，石墨0～5份，水80～380份。
2.按照权利要求1所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：所述的磺化聚醚醚酮的磺化度为25～50%。
3.按照权利要求1所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，所述的80～380份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，其中聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的质量比例为5.5：4.5～6.5：3.5。
4.按照权利要求1、2或3所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm。
5.按照权利要求1、2或3所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：所述的石墨烯的粒度为10～200nm。
6.按照权利要求1、2或3所述的一种水性磺化聚醚醚酮涂料，其特征在于：所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
7.制备权利要求1或2所述的水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法具体包括以下步骤：将磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯乳液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水按质量份数比例混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料；其中所述的聚四氟乙烯为聚四氟乙烯乳液中的固体份，80～380份水由聚四氟乙烯乳液中的水和余量水组成，聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯与聚四氟乙烯乳液中的水的比例为5.5：4.5～6.5：3.5。
8.按照权利要求7所述的水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法，其特征在于：磺化聚醚醚酮、聚四氟乙烯溶液、二硫化钼、石墨烯、石墨和余量水通过机械搅拌分散或超声分散混匀形成水性磺化聚醚醚酮涂料。
9.按照权利要求7或8所述的水性磺化聚醚醚酮涂料的制备方法，其特征在于：所述的二硫化钼为胶体二硫化钼细粉，胶体二硫化钼细粉的粒度为1～10μm；所述的石墨烯的粒度为10～200nm；所述的石墨为胶体石墨细粉，胶体石墨细粉的粒度为1～10μm。
10.水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺，其特征在于：将水性磺化聚醚醚酮涂料均匀喷涂涂覆于金属表面上，然后将涂覆有水性磺化聚醚醚酮涂料的金属产品放置于330～360℃环境中高温烧结使水性磺化聚醚醚酮涂料高温烧结形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到膜状水性磺化聚醚醚酮涂层。
11.按照权利要求10所述的水性磺化聚醚醚酮涂料的成膜工艺，其特征在于：水性磺化聚醚醚酮涂料通过气流喷涂或静电喷涂涂覆于金属表面上。
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Application publication date: 20160217

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