CN106189473B - 汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法 - Google Patents

汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分散性好的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、向聚乙烯蜡中加入乳化剂、表面活性剂后，升温熔化，然后加入氢氧化钠，得混合物，将混合物加入不断搅拌的热水中，得聚乙烯蜡乳液；步骤2、将水玻璃与聚乙烯蜡乳液按体积比16∶1～2混合，得水玻璃预处理液。本发明的有益效果在于：水玻璃加入聚乙烯蜡乳液后，可使制备得到的二氧化硅消光剂具有高分散特性。

Description

汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法
技术领域
本发明涉及汽车金属漆，具体地说是汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法。
背景技术
目前，汽车金属漆用消光剂二氧化硅生产工艺普遍采用凝胶溶胶法生产，生产的大孔容消光剂存在以下几个缺点：
汽车金属漆用消光剂二氧化硅，未进行二氧化硅粒子表面处理，在汽车金属漆配方中分散性差，容易产生硬沉淀，抗刮伤性不好，漆面容易形成较大的皱面，手感不好；
汽车金属漆用消光剂二氧化硅，是在消光剂二氧化硅成品直接加入微粉蜡，物理粉碎得到成品，只能得到微米级的蜡颗粒，蜡粉分布不均匀，微粉蜡容易团聚，分散性差；
用搪瓷反应生产，由于工艺的局限性反应釜的体积小在1-10m3的容积，生产效率低、能耗高、产品的稳定性差；
成胶方式采用先加水玻璃为底液搅拌加酸成胶，造成反应的底碱的氧化钠溶度由高到低，反应体系的pH值也是由高到低，生成的二氧化硅的原级粒子大小不均匀、二氧化硅的颗粒团聚严重，造成后续凝胶老化和扩孔时，孔容体积小、孔径分布宽，消光效率低及分散性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种分散性好的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、向聚乙烯蜡中加入乳化剂、表面活性剂后，升温熔化，然后加入氢氧化钠，得混合物，将混合物加入不断搅拌的热水中，得聚乙烯蜡乳液；
步骤2、将水玻璃与聚乙烯蜡乳液按体积比16∶1～2混合，得水玻璃预处理液。
本发明的有益效果在于：水玻璃加入聚乙烯蜡乳液后，聚乙烯蜡乳液对水玻璃进行离子表面包裹，处理的均匀、完全，反应时处理能达到纳米级的表面修饰，提高二氧化硅分散性，在汽车金属硅中防止二氧化硅生成沉淀，提高汽车金属漆的透明度与改善抗刮性。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：水玻璃加入聚乙烯蜡乳液后，聚乙烯蜡乳液对水玻璃进行离子表面包裹，处理的均匀、完全，反应时处理能达到纳米级的表面修饰，提高二氧化硅分散性，在汽车金属硅中防止二氧化硅生成沉淀，提高汽车金属漆的透明度与改善抗刮性。
本发明提供一种汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、向聚乙烯蜡中加入乳化剂、表面活性剂后，升温熔化，然后加入氢氧化钠，得混合物，将混合物加入不断搅拌的热水中，得聚乙烯蜡乳液；
步骤2、将水玻璃与聚乙烯蜡乳液按体积比16∶1～2混合，得水玻璃预处理液。
进一步的，还包括：
步骤3、向纯水中加入乙二醇、正丁醇和乙醇中的一种或几种，通过蒸汽升温后加入氢氧化钠，得底水，向不断搅拌的底水中加入水玻璃预处理液和稀硫酸，控制反应体系pH值保持恒定，反应时间为30～90min；
反应结束后，继续加入稀硫酸至反应体系pH值为3～4，得反应浆料；
步骤4、控制反应浆料pH值为7.5～10.5，升温至80～95℃反应1～3h，再酸化至pH值为3～4；
步骤5、将步骤4所得物洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，经制浆、磨浆、喷雾干燥后通过气流粉碎机粉碎，即得二氧化硅消光剂。
由上述描述可知，适当的温度下在底水中加入一定量乙二醇、正丁醇、乙醇等醇类，成胶反应是采用酸碱并流在底水中直接反应成胶，反应非常激烈，成核速度快，有利于二氧化硅晶核的生成，有利于生成大小均匀规则的球形原级粒径，在老化及扩孔反应时，能得到大孔容、孔径分布集中的微观孔结构。利用大容积反应釜45-120m3，生产效率高、能耗低、产品的稳定性好，生产工艺简单更有利于工业化生产。
进一步的，步骤3中通过同时向底水中加入氢氧化钠和稀硫酸来控制反应体系pH值保持恒定。
由上述描述可知，利用常规的不锈钢反应釜45-120m3生成消光剂用二氧化硅产品，预先在反应釜内加入自来水，加入一定量的氢氧化钠调节底水的pH值，控制反应工艺温度，开启搅拌，分别通过酸、碱管道并流加入，采用定碱流量调节酸流量控制底液的pH值，保证一开始的pH值与反应前预加底水体系的pH值一致，反应过程反应体系pH值保持稳定。生成二氧化硅的原级粒子大小均匀、二氧化硅的颗粒分散性好，后续凝胶老化和扩孔时，孔容体积大、孔径分布集中，消光效率高及分散性好。老化及扩孔反应时，在高温微碱性的条件下，小粒子溶解增长成大颗粒，得到均匀大孔径二氧化硅微孔结构。
进一步的，所述稀硫酸中H2SO4的质量分数为5～30％。
进一步的，所述水玻璃中SiO2的质量分数为5～25％。
进一步的，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠盐、十二烷基苯磺酸钙盐、吐温T-80、硬脂酸钠盐中的一种或几种。
进一步的，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、乙二醇、三乙醇胺皂、聚山梨酯的一种或几种。
进一步的，聚乙烯蜡与乳化剂、表面活性剂混合时重量比为20∶3∶3。
综上，本发明提供的二氧化硅消光剂的制备方法具体为：
步骤1、配制SiO2质量分数为5～25％的水玻璃和H2SO4质量分数为5～30％的稀硫酸；向聚乙烯蜡中按重量比聚乙烯蜡∶乳化剂∶表面活性剂＝20∶3∶3加入乳化剂、表面活性剂后，升温熔化，然后加入氢氧化钠，得混合物，将混合物加入不断搅拌的热水中，得聚乙烯蜡乳液；
步骤2、向不断搅拌的水玻璃中加入聚乙烯蜡乳液，水玻璃与聚乙烯蜡乳液的体积比为16∶1～2，得水玻璃预处理液；
步骤3、向纯水中加入乙二醇、正丁醇和乙醇中的一种或几种，通过蒸汽升温后加入氢氧化钠，得底水，向不断搅拌的底水中加入水玻璃预处理液和稀硫酸，控制反应体系pH值保持恒定，反应时间为30～90min；
反应结束后，继续加入稀硫酸至反应体系pH值为3～4，得反应浆料；
步骤4、将反应浆料加入不断搅拌的氢氧化钠溶液中，控制反应浆料pH值为7.5～10.5，升温至80～95℃反应1～3h，再酸化至pH值为3～4；
步骤5、将步骤4所得物洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，经制浆、磨浆、喷雾干燥后通过气流粉碎机粉碎，即得二氧化硅消光剂。
实施例1
在90m3反应釜内，先加入20m3的纯水，加入20kg乙二醇，通入蒸汽升温，升温至55℃，开启搅拌，加入2kg氢氧化钠调节底水的pH值＝8，控制反应的温度为55℃，往反应釜内加入经过高分子聚乙烯蜡乳液处理好的水玻璃和15％稀硫酸并流反应，通过调整反应的酸碱流量比率来控制反应的pH值＝8，使反应pH值与底水的pH值保持一致，反应时间控制在60分钟，并流反应结束。继续加入稀硫酸酸化至pH值值3.5。往反应釜内先加入50L氢氧化钠中合过量的稀硫酸，条件反应浆料pH值8.5的微碱性下，升温至90℃的高温下老化反应2小时，再用稀硫酸酸化至pH值＝3。把反应浆料注入压滤板框，先用过滤后的自来水洗涤，洗涤至滤水电导率＜200μS/cm，再用纯水洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，制浆，磨浆，喷雾干燥，通过气流粉碎机粉碎。
实施例2
在90m3反应釜内，先加入30m3的纯水，加入20kg聚乙二醇，通入蒸汽升温，升温至65℃，开启搅拌，加入5kg氢氧化钠调节底水的pH值＝8.5，控制反应的温度为65℃，往反应釜内加入经过高分子聚乙烯蜡乳液处理好的水玻璃和25％稀硫酸并流反应，通过调整反应的酸碱流量比率来控制反应的pH值＝8.5，使反应pH值与底水的pH值保持一致，反应时间控制在60分钟，并流反应结束。继续加入稀硫酸酸化至pH值3.5。往反应釜内先加入40L氢氧化钠中合过量的稀硫酸，条件反应浆料pH值8.0的微碱性下，升温至95℃的高温下老化反应2小时，再用稀硫酸酸化至pH值＝3。把反应浆料注入压滤板框，先用过滤后的自来水洗涤，洗涤至滤水电导率＜200μS/cm，再用纯水洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，制浆，磨浆，喷雾干燥，通过气流粉碎机粉碎。
实施例3
在90m3反应釜内，先加入35m3的纯水，加入20kg正丁醇，通入蒸汽升温，升温至50℃，开启搅拌，加入5kg氢氧化钠调节底水的pH值＝8.5，控制反应的温度为50℃，往反应釜内加入经过高分子聚乙烯蜡乳液处理好的水玻璃和30％稀硫酸并流反应，通过调整反应的酸碱流量比率来控制反应的pH值＝8.5，使反应pH值与底水的pH值保持一致，反应时间控制在45分钟，并流反应结束。继续加入稀硫酸酸化至pH值3.5。往反应釜内先加入35L氢氧化钠中合过量的稀硫酸，条件反应浆料pH值7.5的微碱性下，升温至95℃的高温下老化反应2小时，再用稀硫酸酸化至pH值＝3。把反应浆料注入压滤板框，先用过滤后的自来水洗涤，洗涤至滤水电导率＜200μS/cm，再用纯水洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，制浆，磨浆，喷雾干燥，通过气流粉碎机粉碎。
实施例4
在90m3反应釜内，先加入15m3的纯水，加入20kg乙二醇，通入蒸汽升温，升温至50℃，开启搅拌，加入5kg氢氧化钠调节底水的pH值＝10.5，控制反应的温度为50℃，往反应釜内加入经过高分子聚乙烯蜡乳液处理好的水玻璃和15％稀硫酸并流反应，通过调整反应的酸碱流量比率来控制反应的pH值＝10.5，使反应pH值与底水的pH值保持一致，反应时间控制在90分钟，并流反应结束。继续加入稀硫酸酸化至pH值3.5。往反应釜内先加入45L氢氧化钠中合过量的稀硫酸，条件反应浆料pH值8.0的微碱性下，升温至90℃的高温下老化反应2小时，再用稀硫酸酸化至pH值＝3。把反应浆料注入压滤板框，先用过滤后的自来水洗涤，洗涤至滤水电导率＜200μS/cm，再用纯水洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，制浆，磨浆，喷雾干燥，通过气流粉碎机粉碎。
实施例1～4所得二氧化硅消光剂的检测结果如表1所示。
表1
实施例5
本发明二氧化硅消光剂的制备步骤：
步骤1、水玻璃配制及稀硫酸的配制
精选优质低铁的固体水玻璃模数控制2.5-3.6，投入滚筒蒸球内加入反渗透膜处理的水(以下称为纯水)，通入经过精密过滤器的蒸球，加压至0.6MPA，保压2小时。浓水玻璃加反渗透膜处理的水，配制成SiO2的质量分数为5-25％的溶液，存储备用；
浓硫酸通过石墨混酸冷凝器配制成质量分数5-30％收集备用。
步骤2、水玻璃加有机高分子蜡乳液表面包裹预处理反应
在500L不锈钢反应釜内，加入200kg高分子聚乙烯蜡，加入乳化剂、表面活性剂，升温融化后，加入氢氧化钠，加入到3m3乳化罐内在高速搅拌下的热水中，乳化反应生成高分子聚乙烯蜡乳液，充分搅拌均匀，冷却至室温。在100m3水玻璃预处理罐中先加入80m3配制好的水玻璃搅拌下加入5-10m3高分子聚乙烯蜡乳液，充分搅拌均匀。
聚乙烯蜡乳液具体制备步骤如下：在500L不锈钢反应釜内，加入200kg高分子聚乙烯蜡，加入30kg乳化剂(十二烷基硫酸钠盐、十二烷基苯磺酸钙盐、吐温T-80、硬脂酸钠盐等其中一种或多种)和30kg表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠、乙二醇、三乙醇胺皂、聚山梨酯等其中一种或多种)，升温融化后，加入10kg氢氧化钠，缓慢加入到3m3乳化罐内在高速搅拌下的90℃热水中，乳化反应生成高分子聚乙烯蜡乳液，充分搅拌均匀，冷却至室温。
步骤3、酸碱并流凝胶合成
在90m3反应釜内，先加入一定量的纯水，加入一定量的乙二醇、正丁醇、乙醇等醇类，通入蒸汽升温，加入一定量氢氧化钠调节底水的pH值，控制反应的温度，开启搅拌，往反应釜内加入配制好的水玻璃和稀硫酸并流反应，通过调整反应的酸碱流量比率来控制反应的pH值，使反应pH值与底水的pH值保持一致，反应时间控制在30-90分钟，并流反应结束。继续加入稀硫酸酸化至pH值3-4。
步骤4、凝胶老化及扩孔
往反应釜内加入氢氧化钠中合过量的稀硫酸，反应浆料pH值7.5-10.5的微碱性下，升温至80-95℃的高温下老化反应1-3小时，再用稀硫酸酸化至pH值＝3-4
步骤5、板框注料洗涤
先用过滤后的自来水洗涤，再用纯水洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，制浆，磨浆，喷雾干燥，通过气流粉碎机粉碎。
综上所述，本发明提供的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法的友谊效果在于：采用上述方法制备的二氧化硅消光剂，具有孔容体积大、孔径分布集中，消光效率高及分散性好的特性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、向聚乙烯蜡中加入乳化剂、表面活性剂后，升温熔化，然后加入氢氧化钠，得混合物，将混合物加入不断搅拌的热水中，得聚乙烯蜡乳液；
步骤2、将水玻璃与聚乙烯蜡乳液按体积比16∶1～2混合，得水玻璃预处理液；
步骤3、向纯水中加入乙二醇、正丁醇和乙醇中的一种或几种，通过蒸汽升温后加入氢氧化钠，得底水，向不断搅拌的底水中加入水玻璃预处理液和稀硫酸，采用定碱流量调节酸流量控制底液的pH值，控制反应体系pH值保持恒定，反应时间为30～90min；
反应结束后，继续加入稀硫酸至反应体系pH值为3～4，得反应浆料；
步骤4、控制反应浆料pH值为7.5～10.5，升温至80～95℃反应1～3h，再酸化至pH值为3～4；
步骤5、将步骤4所得物洗涤至滤水的电导率＜50μS/cm，经制浆、磨浆、喷雾干燥后通过气流粉碎机粉碎，即得二氧化硅消光剂。
2.根据权利要求1所述的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，所述稀硫酸中H2SO4的质量分数为5～30％。
3.根据权利要求1所述的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，所述水玻璃中SiO2的质量分数为5～25％。
4.根据权利要求1所述的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠盐、十二烷基苯磺酸钙盐、吐温T-80、硬脂酸钠盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、乙二醇、三乙醇胺皂、聚山梨酯的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的汽车金属漆用二氧化硅消光剂的制备方法，其特征在于，聚乙烯蜡与乳化剂、表面活性剂混合时重量比为20∶3∶3。
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