CN105419601B - 一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料及其制备方法。本发明氟碳涂料，具体包含A、B两种组分，其中按重量计，A组分包含30～45％的FEVE氟碳树脂，20～30％的纳米二氧化钛填料，2～10％的盘状纳米三氧化二铕填料，15～20％的溶剂，以及总质量为4～10％的流平剂、消泡剂、润湿分散剂、触变剂和颜料；B组分包含质量分数为10～50％的异氰酸酯类固化剂，其余为溶剂。本发明利用纳米三氧化二铕对紫外光更高的遮蔽效应以及纳米二氧化钛与纳米三氧化二铕的复合效应，进一步提高了氟碳涂层的耐候性。

Description

一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防腐蚀涂料技术领域，具体来说，涉及一种纳米粒子改性的防腐蚀用常温固化氟碳涂料及其制备方法。
背景技术
目前常见的常温固化氟碳涂料是由含羟基的FEVE氟碳树脂和异氰酸酯类固化剂组成的双组份涂料。这类涂料以FEVE氟碳树脂为成膜物质，其中含有大量高键能的F-C键(键能为480kJ/mol)，在光、热作用下仍可保持良好稳定性，并具有较低的表面能，从而显示出优异的耐候性、耐腐蚀性和抗污染能力。随着政策法规与市场需求的不断变化，常温固化FEVE氟碳涂料的相关技术也在不断改进和发展。目前，人们已采用多种措施来进一步增强防腐蚀用的常温固化FEVE氟碳涂料耐候性，主要包括提高涂膜交联密度，加入特定表面活性剂(如含氟表面活性剂，有机硅表面活性剂)或特定填料(如纳米二氧化钛、纳米碳酸钙)等手段。例如，中国专利(CN 104513545A)公开了一种“纳米微球改性高耐候性氟碳涂料”，其公开的纳米微球改性高耐候性氟碳涂料，包含A组份和B组份，A组份中各原料的重量百分比为：氟碳树脂20～50％，其氟含量为20～32％；有机醋酸丁酯10～18％；触变剂1～2％；消泡剂1～2％；钛白粉15～22％；纳米微球6～12％；重晶石12～25％；流平剂1～2％；B组份为异氰酸酯树脂100％，其NCO含量为15～30％；涂装前将A、B组份按重量百分比A∶B＝80～90∶10～20混合使用。该发明将利用纳米微球阻隔和反射太阳光辐射的结构特性，使纳米微球改性高耐候性氟碳涂料既有优异耐候性，又有对太阳光的低吸收性。
在铁路建设中，防腐蚀涂层的耐久性对于铁路混凝土结构与钢结构的长期安全服役意义重大。随着我国高速铁路建设向沿海和中西部地区延伸发展，在复杂和严酷环境下服役的铁路构筑物比例亦呈上升趋势。实践已证明，在严酷环境条件如湿热海洋环境下服役时，铁路混凝土结构与钢结构必须得到良好的防腐蚀处理，否则其服役寿命将大大降低。作为一类具有优异耐候性和良好施工适用性的防腐蚀涂料，常温固化氟碳涂料已在此领域得到越来越多地应用。然而，目前常温固化氟碳涂层的预期寿命仍远未达到铁路构筑物的设计寿命，在铁路构筑物服役期内必须对其进行多次维护重涂。由于铁路封闭式运行的服役特点，导致对铁路构筑物的养护维修费用极高。因此，如何延长氟碳涂层的使用寿命便成为铁路工程材料研究的应有之义，其中重要技术手段之一就是进一步提高氟碳涂层的耐候性。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种纳米粒子改性的防腐蚀用常温固化氟碳涂料，技术方案如下。
一种防腐蚀用常温固化氟碳涂料，具体包含A、B两种组分，其中按重量计，A组分包含30～45％的FEVE氟碳树脂，20～30％的纳米二氧化钛填料，2～10％的盘状纳米三氧化二铕填料，15～20％的溶剂，以及总质量为4～10％的流平剂、消泡剂、润湿分散剂、触变剂和颜料；B组分包含质量分数为10～50％的异氰酸酯类固化剂，其余为溶剂。
所述B组分中的异氰酸酯基与所述A组分中的FEVE氟碳树脂的羟基的摩尔比(R值)为1.0～1.1∶1。
所述FEVE树脂由四氟乙烯单体或三氟氯乙烯单体与烷基乙烯基醚或烷基乙烯基酯类单体中的一种或多种共聚而成，优选大金GK-570树脂。
所述纳米二氧化钛填料为金红石型二氧化钛，粒径在100～500nm之间。
所述盘状纳米三氧化二铕填料为碱性沉淀法获得的三氧化二铕盘状纳米粉体，圆盘直径在100～500nm之间，厚度在2～20nm之间。
所述溶剂为脂肪酮类、芳烃类或醋酸酯类溶剂的一种或多种。
所述异氰酸酯类固化剂为IPDI、HDI、TDl、IPDI三聚体、HDI三聚体、HDI缩二脲或含NCO基团的异氰酸酯预聚体中的一种或多种。
上述防腐蚀用常温固化氟碳涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将定量的流平剂、润湿分散剂、消泡剂、颜料和纳米填料加入高速分散釜中，搅拌分散至细度≤30μm，得到色浆。
(2)将定量的FEVE氟碳树脂、色浆及触变剂加入高速分散釜中，以6000rpm的速率进行高速分散，至细度≤30μm，过滤出料得到涂料A组分。
(3)将计量的异氰酸酯类固化剂与溶剂搅拌混合均匀，得到涂料B组分。
本发明一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料的积极效果是：
纳米二氧化钛填料在涂层中主要起到屏蔽紫外线的作用，这提高了涂层耐候性。与此同时，纳米二氧化钛在受到紫外线作用时，会产生少量活性自由基，可使涂层中聚合物分子的化学键断裂，导致涂层老化。本发明添加了特定比例的盘状纳米三氧化二铕填料，一方面可使纳米二氧化钛产生的活性自由基湮灭，进一步减弱了紫外线对氟碳树脂的破坏作用，提高涂层的耐候性；另一方面，盘状纳米三氧化二铕填料的电子云密度比二氧化钛更高，对紫外线的遮蔽效果最好；此外，盘状纳米三氧化二铕填料在涂料中可相互搭接形成较致密屏蔽层，对紫外线的屏蔽与反射效果更佳，
可较好地应用于严酷环境下的铁路混凝土结构与钢结构表面的防腐蚀保护。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式。
实施例1
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
纳米二氧化钛填料，30％；
盘状纳米三氧化二铕填料，2％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
(二)制备步骤包括：
(1)按所述重量百分比准备A组份和B组份的原料
(2)将所述重量的流平剂、润湿分散剂、消泡剂、颜料、纳米二氧化钛和盘状纳米三氧化二铕填料加入高速分散釜中，以6000rpm的速率进行高速分散，至细度≤30μm，得到色浆。
(3)将所述重量的FEVE氟碳树脂、色浆及触变剂加入高速分散釜中，以6000rpm的速率进行高速分散，至细度≤30μm，过滤出料得到涂料A组分。
(4)将所述重量的异氰酸酯类固化剂与溶剂搅拌混合均匀，得到涂料B组分。
实施例2
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
纳米二氧化钛填料，27％；
盘状纳米三氧化二铕填料，5％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
B组份采用的原料同实施例1。
(二)制备方法同实施例1。
实施例3
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
纳米二氧化钛填料，24％；
盘状纳米三氧化二铕填料，8％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
B组份采用的原料同实施例1。
(二)制备方法同实施例1。
实施例4
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
纳米二氧化钛填料，22％；
盘状纳米三氧化二铕填料，10％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
B组份采用的原料同实施例1。
(二)制备方法同实施例1。
以下给出本发明的2个对比例。
对比例1
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
纳米二氧化钛填料，32％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
B组份采用的原料同实施例1。
(二)制备方法同实施例1。
对比例2
(一)A组份中各原料的重量百分比为：
FEVE氟碳树脂，42％；
盘状纳米三氧化二铕填料，32％；
溶剂，17％；
流平剂，2％；
消泡剂，2％；
润湿分散剂，2％；
触变剂，1％；
颜料，2％。
B组分按照R＝1.05计算所需异氰酸酯量，各原料重量百分比为：
HDI缩二脲，20％；
HDI三聚体，20％；
溶剂，60％。
B组份采用的原料同实施例1。
(二)制备方法同实施例1。
采用表1的方法对实施例1～4与对比例1～2所制备的氟碳涂料进行检测，检测结果见表2。
表1涂料及涂膜性质检测方法
测试项目 测试方法
外观 GB/T 3181-2008
细度 GB 1724-1979
附着力 GB/T 5210-2006
耐紫外老化保光率 GBT 14522-2008
表2纳米二氧化铈改性高耐候性氟碳涂料检测结果
结果表明，盘状纳米三氧化二铕填料的添加量应控制在一定范围内。加入适量盘状纳米三氧化二铕填料后，涂层会因纳米二氧化钛产生的活性自由基发生湮灭以及光屏蔽效应的增强而使光泽度保持率提高；当使用盘状纳米三氧化二铕填料完全替代纳米二氧化钛后，由于体系内盘状纳米三氧化二铕填料含量过高，形成了盘面与盘面间的堆叠，发生纳米填料间的团聚，降低了体系中有效的填料体积，光泽度保持率反而会下降。

Claims (8)

1.一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，具体包含A、B两种组分，其中按重量百分比计，A组分包含30～45％的FEVE氟碳树脂，20～30％的纳米二氧化钛填料，2～10％的盘状纳米三氧化二铕填料，15～20％的溶剂，以及总质量为4～10％的流平剂、消泡剂、润湿分散剂、触变剂和颜料；B组分包含质量分数为10～50％的异氰酸酯类固化剂，其余为溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述B组分中的异氰酸酯基与所述A组分中的FEVE氟碳树脂的羟基的摩尔比为1.0～1.1:1。
3.根据权利要求1所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述FEVE树脂由四氟乙烯单体或三氟氯乙烯单体与烷基乙烯基醚或烷基乙烯基酯类单体中的一种或多种共聚而成。
4.根据权利要求1所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述纳米二氧化钛填料为金红石型二氧化钛，粒径在100～500nm之间。
5.根据权利要求1所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述盘状纳米三氧化二铕填料为碱性沉淀法获得的盘状纳米三氧化二铕粉体，圆盘直径在100～500nm之间，厚度在2～20nm之间。
6.根据权利要求1所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述溶剂为脂肪酮类、芳烃类或醋酸酯类溶剂的一种或多种。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料，其特征在于所述异氰酸酯类固化剂为IPDI、HDI、TDI、IPDI三聚体、HDI三聚体、HDI缩二脲或含NCO基团的异氰酸酯预聚体中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种纳米粒子改性的常温固化氟碳涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将定量的流平剂、润湿分散剂、消泡剂、颜料和纳米填料加入高速分散釜中，搅拌分散至细度≤30μm，得到色浆；
(2)将定量的FEVE氟碳树脂、色浆及触变剂加入高速分散釜中，以6000rpm的速率进行高速分散，至细度≤30μm，过滤出料得到涂料A组分；
(3)将计量的异氰酸酯类固化剂与溶剂搅拌混合均匀，得到涂料B组分。
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