CN106366787B - 一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆及其制备方法 - Google Patents

一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：氟碳树脂：30～63；有机溶剂：30～50；石墨相氮化碳：5～30；消泡剂：0.1～0.5；流平剂：0.1～2；所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。本发明面漆，可以跟普通涂料一样采取喷涂、滚涂或刷涂方式，施工便捷，本发明各原料组成及配比合理，相互配合发挥作用，使得制备得到的面漆既保持了优异的自清洁作用和耐候性，同时所述面漆还具有固化温度低、颜料相容性好、光泽高、重涂性能优异、附着力好等优点。

Description

一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆及其制备 方法
技术领域
本发明涉及防腐面漆涂料领域，特别是涉及一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆及其制备方法。
背景技术
面漆是涂料喷涂中的关键一层，具有装饰和保护的双重功效。氟碳树脂中的F-C键键能高达486KJ/mol，表现出超高的化学稳定性及抗老化性能而成为面漆的首选材料。但是有机污染物在氟碳涂层表面的附着问题一直以来都没有得到较好的解决。尤其是近年来，随着环境污染的加重，大气中的有机污染物浓度不断提高，极大的影响了涂层的美观性和耐久性。
针对面漆上述问题，研究人员通过对面漆组分的不断改良优化以提高面漆的自清洁能力和耐候性。如CN102234476A公开了一种水性丙烯酸聚氨酯面漆，该面漆由水性丙烯酸树脂、去离子水、消泡剂、钛白粉、中和剂、三聚磷酸铝、沉淀硫酸钡、流变助剂等十余种原料组成，报道称该面漆具有良好的耐水性、耐候性和耐化学性和较高的耐磨性，降低了对环境的污染，并节约了资源。然而，该面漆组分复杂，制作成本偏高，使用的钛白粉虽具有一定的自清洁，耐沾污作用，但是由于钛白粉需要在波长为387nm左右的紫外线(UVA)照射下才能激发催化活性，而日光中紫外线波段占太阳光谱不到5％，因此其发挥作用极其有限。
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种常温常压下十分稳定的类石墨材料，具有优良的耐磨性、化学稳定性和热稳定性。近年来不仅被作为不含金属组分的催化剂和催化剂载体，广泛地应用于有机官能团的选择性转换、光催化分解水、氧还原和Au、Pd、Ag、Pt等贵金属的负载,还被作为绿色储能材料和硬模板剂用于H2、CO2的存储和纳米金属氮(氧)化物的制备等，在能源和材料相关领域逐渐引起人们的关注。但至今尚未有将石墨相氮化碳应用于面漆的报道。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述氟碳面漆对太阳光的利用率高，能够高效的实现涂层的自清洁作用；对可见光的吸收波长范围宽，可以更好地屏蔽蓝紫光，提高氟碳面漆的耐候性。
具体的，本发明涉及以下技术方案：
首先，本发明公开了石墨相氮化碳在提高氟碳面漆自清洁和耐候性中的应用。
其次，本发明公开了一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：30～63
有机溶剂：30～50
石墨相氮化碳：5～30
消泡剂：0.1～0.5
流平剂：0.1～2
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。
优选的，所述氟碳树脂为三氟氯乙烯与烷基乙烯醚的交替排列共聚树脂(PFEVE氟碳树脂)；该氟碳树脂含氟量适中，可溶解于有机溶剂中，并且在常温或低温下就可以固化成膜，树脂相容性好，漆膜光泽高，配套性能好。
优选的，所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯的混合溶剂，进一步优选的，所述混合溶剂中二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3；本申请中通过二甲苯与醋酸丁酯的合理优化组合，充分发挥二者稀释溶解作用，同时避免单一使用二甲苯造成毒性较大，减小对环境的污染，所述有机溶剂与本发明面漆其他成分配合能够有效降低体系的粘度，延长可操作时间。
优选的，所述石墨相氮化碳的制备方法为：将一定量的三聚氰胺放入坩埚中盖好盖子，置于马弗炉中，以2.2℃/min升温程序加热到550℃，并保持4h，焙烧后得到黄色的产物即为石墨相氮化碳。
本申请创造性的将石墨相氮化碳应用到氟碳面漆的改性中，所述石墨相氮化碳通过与本发明面漆其他成分配合能够显著提高涂层对太阳光的利用率，更高效的分解各种有机物以及部分无机物，提高自清洁能力；同时屏蔽可见光中波长低于475nm的蓝紫光，从而提高涂层的耐候性。
优选的，所述消泡剂为不含硅树脂的消泡剂，进一步优选的，所述消泡剂为BYK-052，所述消泡剂消泡能力强，而且研究发现其对面漆的光泽度影响小，使油漆适合喷涂、刷涂、滚涂等各种涂装方式。
优选的，所述流平剂为聚丙烯酸酯溶液，所述聚丙烯酸酯溶液流平速度快、效果好，并使得漆膜表面保持一定的光滑度，同时不影响漆膜的层间附着力，方便修补复涂。
优选的，上述面漆中A组分和B组分固化剂的重量比为4：1。该重量份的组分A和组分B配合涂层综合性能最佳，对成膜起到优化作用。
本发明还提供了一种制备所述石墨相氮化碳改性氟碳面漆的方法，包括以下步骤：
(1)按照一定比例将A组分的各种原料混合搅拌，使得各原料分散均匀；
(2)将A组分与B组分按照优选比例充分搅拌混合均匀，即可得到改性的面漆涂料。
优选的，步骤(1)中搅拌转速为1000r/min，处理时间为2～3h。
本发明取得了以下有益效果：
本发明面漆，可以跟普通涂料一样采取喷涂、滚涂或刷涂方式，施工便捷，经大量实验研究，不断调整各原料组成及其配比，，最终确定本发明各原料组成及配比，制备原料价廉易得、操作简单方便，各组成配比合理，相互配合发挥作用，使得制备得到的面漆既保持了优异的自清洁作用和耐候性，同时所述面漆还具有固化温度低、颜料相容性好、光泽高、重涂性能优异、附着力好等优点。
同时，本发明首次将石墨相氮化碳引入氟碳面漆中，与传统面漆中加入的TiO2光催化剂(钛白粉)相比，石墨相氮化碳将光的吸收波长从387nm的紫外光区移至475nm的可见光区，对太阳光的利用率更高，从而可以更有效的活化分子氧产生超氧自由基，用于有机污染物的光催化降解，从而有效提高面漆的自清洁作用。同时石墨相氮化碳对可见光的吸收将使其对面漆具有比TiO2更宽波长范围的屏蔽作用，从而显著提高面漆涂层的耐候性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明。
一、石墨相氮化碳的制备
将一定量的三聚氰胺放入坩埚中盖好盖子，置于马弗炉中，以2.2℃/min升温程序加热到550℃，并保持4h，焙烧后得到黄色的产物即为石墨相氮化碳(g-C3N4)。
实施例1
一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：63
有机溶剂：30
石墨相氮化碳：5
消泡剂：0.5
流平剂：1.5
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。
其中，所述氟碳树脂为PFEVE氟碳树脂，所述溶剂为二甲苯与醋酸丁酯(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3)的混合溶剂，所述消泡剂型号为BYK-052，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
本实施例所述的改性氟碳面漆制备步骤如下：
(1)按照选定的重量百分比称取氟碳树脂、溶剂、石墨相氮化碳、消泡剂和流平剂，在1000r/min的转速下搅拌2h，分散均匀；
(2)按照氟碳树脂与固化剂按重量比4:1的比例称取异氰酸酯，充分搅拌混合均匀。
在已刷涂底漆的试样上刷涂上述方法制备的氟碳面漆。
实施例2
一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：50
有机溶剂：33
石墨相氮化碳：15
消泡剂：0.1
流平剂：1.9
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。
其中，所述氟碳树脂为PFEVE氟碳树脂，所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3)的混合溶剂，所述消泡剂型号为BYK-052，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
本实施例所述的改性氟碳面漆制备步骤如下：
(1)按照选定的重量百分比称取氟碳树脂、溶剂、石墨相氮化碳、消泡剂和流平剂，在1000r/min的转速下搅拌2h，分散均匀；
(2)按照氟碳树脂与B组分固化剂按重量比4:1的比例称取异氰酸酯，充分搅拌混合均匀。
在已刷涂底漆的试样上喷涂上述方法制备的氟碳面漆。
实施例3
一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：44
有机溶剂：35
石墨相氮化碳：20
消泡剂：0.5
流平剂：0.5
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。
其中，所述氟碳树脂为PFEVE氟碳树脂，所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3)的混合溶剂，所述消泡剂型号为BYK-052，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
本实施例所述的改性氟碳面漆制备步骤如下：
(1)按照选定的重量百分比称取氟碳树脂、有机溶剂、石墨相氮化碳、消泡剂和流平剂，在1000r/min的转速下搅拌2h，分散均匀；
(2)按照氟碳树脂与B组分固化剂按重量比4:1的比例称取异氰酸酯，充分搅拌混合均匀。
在已刷涂底漆的试样上刷涂上述方法制备的氟碳面漆。
实施例4
一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：30
有机溶剂：50
石墨相氮化碳：18
消泡剂：0.5
流平剂：1.5
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂。
其中，所述氟碳树脂为PFEVE氟碳树脂，所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3)的混合溶剂，所述消泡剂型号为BYK-052，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
本实施例所述的改性氟碳面漆制备步骤如下：
(1)按照选定的重量百分比称取氟碳树脂、有机溶剂、石墨相氮化碳、消泡剂和流平剂，在1000r/min的转速下搅拌2h，分散均匀；
(2)按照氟碳树脂与B组分固化剂按重量比4:1的比例称取异氰酸酯，充分搅拌混合均匀。
在已刷涂底漆的试样上滚涂上述方法制备的氟碳面漆。
实施例5
一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成(按质量百分含量计算)：
氟碳树脂：38
有机溶剂：30
石墨相氮化碳：30
消泡剂：0.2
流平剂：1.8
其中，所述氟碳树脂为PFEVE氟碳树脂，所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3)的混合溶剂，所述消泡剂型号为BYK-052，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
本实施例所述的改性氟碳面漆制备步骤如下：
(1)按照选定的重量百分比称取氟碳树脂、有机溶剂、石墨相氮化碳、消泡剂和流平剂，在1000r/min的转速下搅拌2h，分散均匀；
(2)按照氟碳树脂与B组分固化剂按重量比4:1的比例称取异氰酸酯，充分搅拌混合均匀。
在已刷涂底漆的试样上刷涂上述方法制备的氟碳面漆。
对比例
将石墨相氮化碳替换为钛白粉，其余组分及含量以及制备方法步骤同实施例1。
效果验证实验：
用亚甲基蓝的降解实验来衡量涂层的自清洁能力。
具体操作过程：将实施例1-5及对比例中的涂层试样置于浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中，并用300W的氙灯(模拟太阳光)连续照射3h；取出试样后利用紫外-可见分光光度计测量溶液中的亚甲基蓝的吸光度。根据朗伯-比尔定律中吸光度与浓度成正比的关系，可通过吸光度计算得到亚甲基蓝的降解率：其中A为照射后亚甲基蓝溶液的吸光度；A0为照射前亚甲基蓝溶液的吸光度。
经420nm的可见光连续照射3h后，亚甲基蓝在实施例1-5中的降解率均可达到60％以上，而对比例降解率仅为25％，说明石墨相氮化碳改性的氟碳面漆在可见光下可通过光催化作用对涂层表面吸附的有机物进行降解，使得制备面漆具有更为优异的自清洁能力。
本发明实施例1-5制备得到的石墨相氮化碳改性氟碳面漆均能达到以下技术指标要求：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种石墨相氮化碳改性的自清洁超耐候氟碳面漆，其特征在于，所述面漆由A组分和B组分构成，所述A组分由以下成分组成（按质量百分含量计算）：
氟碳树脂：30~63
有机溶剂：30~50
石墨相氮化碳：5~30
消泡剂：0.1~0.5
流平剂：0.1~2
所述B组分为封闭型异氰酸酯固化剂；
其中，所述氟碳树脂为三氟氯乙烯与烷基乙烯醚的交替排列共聚树脂即PFEVE氟碳树脂；
所述有机溶剂为二甲苯与醋酸丁酯的混合溶剂，所述混合溶剂中二甲苯与醋酸丁酯的质量比为7:3；
所述石墨相氮化碳的制备方法为：将一定量的三聚氰胺放入坩埚中盖好盖子，置于马弗炉中，以2.2 ℃/min 升温程序加热到550 ℃，并保持4 h，焙烧后得到黄色的产物即为石墨相氮化碳；
所述消泡剂为BYK-052；
所述流平剂为聚丙烯酸酯溶液；
所述面漆中A 组分和 B 组分固化剂的重量比为4：1。
2.如权利要求1所述面漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述比例将A组分的各种原料混合搅拌，使得各原料分散均匀；
（2）将A组分与B组分按照权利要求1所述比例充分搅拌混合均匀，即可得到改性的面漆涂料。
3.如权利要求2所述的一种制备方法，其特征在于，步骤（1）中搅拌转速为1000r/min，处理时间为2~3 h。
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