CN105802316B - 一种氟碳清漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氟碳清漆，该清漆包括纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂和成膜组分；其中纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂与成膜组分的重量比为1:1～9；纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂是通过将丙烯酸树脂加入到纳米二氧化钛在醇溶液中的分散体中反应制得；所述成膜组分是氟碳树脂。本发明氟碳清漆，采用了纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂，改变纳米二氧化钛直接添加的方法，所形成的涂层中纳米二氧化钛分散均匀，二氧化钛网状结构有利于吸收紫外线，提高了所得涂层光催化降解有害气体和杀菌消毒的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，特别涉及一种氟碳清漆及其制备方法。
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，具有特别优越的各项性能。耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性，而且具有独特的不粘性和低磨擦性。经过几十年的快速发展，氟涂料在建筑、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品牌。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。
在美国、日本等国家，具有多用途的各种氟碳涂料已广泛应用于建筑、电子及工业防腐行业，每年增长10％以上，其中PVDF(聚偏氟乙烯)氟碳涂料应用在建筑方面总量在数亿平方米以上。我国氟碳涂料起步较晚，于上世纪90年代中后期开始常温交联FEVE型氟树脂商业化生产销售，拓展了常温固化氟碳涂料在多领域中的应用。此前仅有阿克苏、PPG等少数国外企业利用进口树脂生产PVDF高温氟碳漆，应用于铝幕墙和铝合金型材方面。2010年国内PVDF氟碳涂料在建筑用铝塑板消费量为18000万平方米，另还可广泛应用于电子、化学防腐，发展前景巨大。
纳米二氧化钛安全无毒、稳定、使用寿命长且具有很好的光催化性能，可吸收紫外光和可见光，并激发产生电子-空穴，电子-空穴迁移到其表面并与存在于纳米二氧化钛表面上的水和氧气相互作用而产生具有强氧化性的·OH和强还原性的·O2-，这些活性基团可将吸附在纳米二氧化钛表面上的有害气体如甲醛、甲苯彻底降解为无害的小分子化合物。因此，纳米二氧化钛可赋予氟碳涂料优良的净化空气、抗细菌以及防辐射等性能。将纳米二氧化钛应用于氟碳涂料中为开发出功能性涂料开辟了新的途径。
纳米氟碳涂料中的纳米粒子往往以助剂的形式直接添加到树脂基体中或者通过纳米粒子表面改性之后加入到氟碳涂料中。例如：中国专利申请200810207709.3，名称为纳米二氧化钛氟碳涂料及其制备方法，该发明的纳米二氧化钛是经过表面改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒。中国专利申请201210131035.X，名称为一种纳米复合氟碳涂料及其制备方法，该专利的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，粒径范围为10～80nm。然而由于纳米二氧化钛粒径小，比表面能大，其在涂料中非常容易团聚或被颜料、填料包埋而不能在涂料中分散均匀。且在涂装过程中，颜填料会覆盖在纳米二氧化钛或其改性粒子表面，从而影响其性能。
发明内容
本发明的目的是：解决现有技术中氟碳涂料用纳米二氧化钛易于团聚或被包埋的问题，提供一种含有纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的氟碳涂料清漆及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种氟碳清漆，所述清漆包括如下组分：
A)纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
B)成膜组分；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂与成膜组分的重量比为1:1～9；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂是通过将丙烯酸树脂加入到纳米二氧化钛在醇溶液中的分散体中反应制得；所述醇为常用的醇例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、已醇等；所述成膜组分是氟碳树脂。
上述的氟碳清漆，所述氟碳树脂为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-偏氟乙烯-丙烯酸共聚物中一种。本发明所用氟碳树脂优选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-偏氟乙烯-丙烯酸共聚物。此时，所制得的氟碳清漆成膜性最佳。
上述的氟碳清漆，所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂与成膜组分的重量比为1:2或1:2.5或1:3或1:4或1:4.5或1:5或1:5.5或1:6或1:7或1:8或1:9，此时，纳米二氧化钛以纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的形式分散到成膜组分中，分散均匀，最佳添加量，成膜后漆膜内分布的二氧化钛纳米粒子比例合适，去除吸附在漆膜表面的甲醛、甲苯等效率最高。
一种如上述的氟碳清漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米二氧化钛粒子分散在含醇水溶液中，其中含醇水溶液的浓度为0.01-3mol/L；
(2)搅拌下，向纳米二氧化钛粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在50-100℃内；在此步骤中，反应体系中丙烯酸树脂的羟基与纳米二氧化钛含醇水溶液的羟基发生了羟基缩合反应，生成了水和本发明所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂。
(3)将步骤(2)所得反应混合物调节pH至中性后、去水，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
(4)将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂、成膜组分和溶剂混合获得的氟碳清漆，其中纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂和与成膜组分的重量比为1:1-9。
上述的氟碳清漆的制备方法，步骤(2)所述丙烯酸树脂溶液中丙烯酸树脂的百分含量为30-60wt％。此时，最利于纳米二氧化钛粒子在丙烯酸树脂溶液中分散均匀。
上述的氟碳清漆的制备方法，步骤(2)在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在优选60-90℃内，更优选80～90℃内，在或更优选的温度范围内，反应更加完全，产物纯净。
本发明所述丙烯酸树脂溶液即为油性丙烯酸树脂溶液，即将丙烯酸树脂溶于有机溶剂中所得。本发明涂料还包含溶剂。所用溶剂为常用溶剂或其混合物，包括但不限于芳烃类如二甲苯、甲苯等；酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯等；醇类如丁醇、异丁醇、苯甲醇等；醚类如乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇二乙醚等；酮类如甲基异丁基酮、苯乙酮、异佛尔酮等。本领域技术人员可根据本发明涂料所需性能如涂覆性能等确定所用溶剂的量。
本发明具有积极的效果：本发明氟碳清漆，采用了纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂，改变纳米二氧化钛直接添加的方法，所形成的涂层中纳米二氧化钛分散均匀，二氧化钛网状结构有利于吸收紫外线，提高了所得涂层光催化降解有害气体和杀菌消毒的性能。
具体实施方式
(实施例1)
将85g二氧化钛纳米粒子分散在己醇水溶液10L中，其中含乙醇水溶液的浓度为2.3mol/L；
在200rpm转速搅拌下向二氧化钛纳米粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液6.5kg，其中丙烯酸树脂溶液的百分含量为35wt％，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在85℃；
将所得反应混合物调节酸碱度为中性后，将水干燥去除，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂190g、1140gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂1200g混合获得的氟碳清漆涂料。将本实施例清漆所得涂层进行性能测试，见表1。
(实施例2)
将95g二氧化钛纳米粒子分散在己醇水溶液10L中，其中含甲醇水溶液的浓度为1.6mol/L；
在200rpm转速搅拌下向二氧化钛纳米粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液7.5kg，其中丙烯酸树脂溶液的百分含量为45wt％，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在88℃；
将所得反应混合物调节酸碱度为中性后，将水干燥去除，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂150g、750gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂1100g混合获得的氟碳清漆涂料。将本实施例清漆所得涂层进行性能测试，见表1。
(实施例3)
将85g二氧化钛纳米粒子分散在己醇水溶液10L中，其中含己醇水溶液的浓度为2.8mol/L；
在200rpm转速搅拌下向二氧化钛纳米粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液8.1kg，其中丙烯酸树脂溶液的百分含量为56wt％，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在90℃；
将所得反应混合物调节酸碱度为中性后，将水干燥去除，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂250g、2000gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂1500g混合获得的氟碳清漆涂料。将本实施例清漆所得涂层进行性能测试，见表1。
(实施例4)
将65g二氧化钛纳米粒子分散在己醇水溶液10L中，其中含己醇水溶液的浓度为2.0mol/L；
在200rpm转速搅拌下向二氧化钛纳米粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液6.5kg，其中丙烯酸树脂溶液的百分含量为37wt％，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在65℃；
将所得反应混合物调节酸碱度为中性后，将水干燥去除，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂180g、540gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂600g混合获得的氟碳清漆涂料。将本实施例清漆所得涂层进行性能测试，见表1。
对比例1：将85g二氧化钛纳米粒子、110g丙烯酸树脂、1140gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂1200g，混合均匀得对比例1氟碳清漆。
对比例2：将68g二氧化钛纳米粒子、100g丙烯酸树脂、1200gPVDF树脂和二甲苯、乙酸乙酯、异氟尔酮6:3:1重量比的混合溶剂1000g，混合均匀得对比例2氟碳清漆。
性能测试
测试依据：JC/T1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》
测试项目：甲醛净化效率、甲苯净化效率
测试条件：温度(20±2)℃，相对湿度(50±10)％，测试时间48小时
测试结果：如下表1所示
表1
| 甲醛净化效率(％) | 甲苯净化效率(％) | |
| 对比实施例1 | 80.1 | 36.7 |
| 对比实施例2 | 81.2 | 37.1 |
| 实施例1 | 81.3 | 37 |
| 实施例2 | 88.2 | 40.9 |
| 实施例3 | 82.2 | 38 |
| 实施例4 | 85.1 | 38.5 |
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种氟碳清漆，其特征在于：所述清漆包括如下组分：
A)纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
B)成膜组分；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂与成膜组分的重量比为1:1～9；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂是通过将丙烯酸树脂加入到纳米二氧化钛在醇溶液中的分散体中反应制得；所述成膜组分是氟碳树脂。
2.根据权利要求1所述的氟碳清漆，其特征在于：所述氟碳树脂为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-偏氟乙烯-丙烯酸共聚物中一种。
3.根据权利要求1或2所述的氟碳清漆，其特征在于：所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂与成膜组分的重量比为1:3或1:4或1:5或1:6。
4.一种如权利要求1或2或3所述的氟碳清漆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将纳米二氧化钛粒子分散在含醇水溶液中，其中含醇水溶液的浓度为0.01-3mol/L；
(2)搅拌下，向纳米二氧化钛粒子在含醇水溶液中的分散体中加入丙烯酸树脂溶液，在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在50-100℃内；
(3)将步骤(2)所得反应混合物调节pH至中性后、去水，获得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
(4)将纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂、成膜组分和溶剂混合获得的氟碳清漆，其中纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂和与成膜组分的重量比为1:1-9。
5.根据权利要求4所述的氟碳清漆的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述丙烯酸树脂溶液中丙烯酸树脂的百分含量为30-60wt％。
6.根据权利要求4所述的氟碳清漆的制备方法，其特征在于：步骤(2)在加入丙烯酸树脂溶液的过程中将分散体体系的温度控制在80-90℃内。
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