CN107254239A - 一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑物涂装技术领域，具体涉及一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料及其制备方法。本发明以钛酸四丁酯为钛源，正硅酸乙酯为硅源，制得复合纳米粉末填料，再与苯乙烯、十二烷基磺酸钠等物质搅拌成混合乳液，加入过硫酸钾保温反应接枝苯乙烯，再经十三氟辛基三乙氧基硅烷在氯仿中产生的活泼性硅醇的惰性低表面能处理，使复合纳米粉末填料具有极低的表面能，再与聚酯树脂、氟碳树脂等进行研磨得混合物料，最后经熔融混合挤出、压片、破碎、细粉碎、分离、除杂制得复合改性氟碳聚酯粉末涂料，本发明制备过程中纳米粒子与基料之间相容性好，无团聚现象发生，所得聚酯粉末涂料具有较好的流平性，可有效提高涂层的耐老化性能。

Description

一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑物涂装技术领域，具体涉及一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料及其制备方法。
背景技术
粉末涂料与传统的溶剂型涂料不同，是既不含有机溶剂也不含水的固体粉末，被广泛应用于家电、汽车、办公用具、钢材和建筑领域。粉末涂料以其高无机成分、无污染及节省能源等优点正在逐步取代传统的溶剂型涂料。随着科技的进步及市场的发展，粉末涂料的应用越来越受到关注。粉末涂料根据其树脂基料的不同，分为热固性和热塑性两大类，其中又以热固性为主，目前一半以上的热固性粉末涂料的生产是利用聚酯树脂作为基料的重要组成部分，且以其优异的装饰性和加工成型性等特点，广泛应用于建筑物的户外涂装领域。
聚酯粉末涂料普遍采用熔融基础混合法制得，具体是将树脂、固化剂、颜料和助剂进行称量配料，加入高速搅拌混合机中预混合，再将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出混合和冷却破碎，再经细粉碎和分级过筛，检测粒度制得成品。但制得的粉末涂料耐老化性能差，老化层易出现裂纹，使材料脆化，力学性能会下降，从而缩短其使用寿命。针对这些问题，人们研究开发出了纳米粉末填料，将它添加至基料中，以提高聚酯粉末涂料的耐老化性能。纳米粉末填料在涂料中一方面可以提升涂料的力学性能，如附着力、抗冲击、柔韧性方面会得到提高，另一方面还可提高涂料的耐老化、耐腐蚀、抗辐射性能，而且还可制备一些新的功能性纳米涂料，主要有纳米SiO2和TiO2。但是由于纳米粒子比表面能高，极易团聚，纳米粒子与基料之间结合力差，导致制得的聚酯粉末涂料流平性差，使用后附着力弱，耐老化性能降低。
因此，如何实现一种流平性好、耐老化性能高的聚酯粉末涂料是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对纳米粒子比表面能高，极易团聚，纳米粒子与基料之间相容性差，导致制得的聚酯粉末涂料流平性差，耐老化性能低的弊端，提供了一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料及其制备方法。
为解决技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，它包括下述重量份物料：
50～60份聚酯树脂，50～60份FEVE氟碳树脂，10～12份异氰酸酯，3～4份异氰尿酸三缩水甘油酯，20～25份硫酸钡，30～40份钛白粉，1～2份流平剂，0.5～0.6份安息香，0.5～2.5份低表面能处理改性复合纳米粉末填料。
所述聚酯树脂为聚酯树脂P5200、聚酯树脂9335、聚酯树脂DMS、聚酯树脂CC2440、聚酯树脂NH3307 中的一种。
所述流平剂为流平剂440、流平剂DC57、流平剂DC3中的一种。
所述低表面能处理改性复合纳米粉末填料为经十三氟辛基三乙氧基硅烷，在40～50℃恒温水浴下处理20～24h的改性复合纳米粉末填料。
所述改性复合纳米粉末填料为包裹聚苯乙烯的复合纳米粉末。
所述复合纳米粉末为钛酸四丁酯和正硅酸乙酯水解生成的纳米二氧化钛/纳米二氧化硅复合粉末。
所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料的制备方法，具体制备步骤为：
S1.按配方称取物料装入研磨机中研磨1～2h，得混合物料；
S2.将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器收集被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明以钛酸四丁酯为钛源，正硅酸乙酯为硅源，制得复合纳米粉末填料，并在其表面包裹聚苯乙烯，使其在树脂中分散更加均匀，同时提高其与树脂的相容性，使其能与树脂很好的相互浸润增加粘接强度，涂膜表面更加平整光滑，改善纳米粒子之间的团聚现象，再进一步用十三氟辛基三乙氧基硅烷在氯仿中产生的活泼性硅醇惰性低表面能处理，使复合纳米粉末填料具有极低的表面能，进一步减少团聚现象。
（2）本发明向聚酯树脂中引入氟碳树脂，通过氟碳键高键能和屏蔽效应改善聚酯粉末的耐候性能和耐化学性能。
具体实施方式
首先量取1～2mL乙酰丙酮，加入35～40mL无水乙醇中，混合均匀得混合液，以1mL/min速率向混合液中滴加9～12mL钛酸四丁酯，并以300～400r/min搅拌30～40min后，再以0.1～0.2mL/min速率滴加2～3mL正硅酸乙酯，滴加完毕，再分别加入20～25mL无水乙醇和20～30mL质量分数为1%盐酸，继续搅拌1～2h，得反应液；将反应液陈化6～8h后过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，再将洗涤后的滤渣置入鼓风干燥箱中，于80～90℃下干燥10～12h，将干燥后的滤渣置于马弗炉中，在600～700℃下煅烧2～3h，再冷却至室温后转入研钵中研磨，过200目筛，得复合纳米粉末填料；再称取1～2g复合纳米粉末填料，加入4～8mL苯乙烯中，以300～400r/min搅拌15～20min，再分别加入0.25～0.50g硅烷偶联剂KH-550，0.2～0.4g十二烷基磺酸钠，0.2～0.4g烷基酚聚氧乙烯醚，30～40mL去离子水，继续搅拌30～40min，得混合乳液；然后将混合乳液与0.01～0.02g过硫酸钾混合后，加热至70～75℃，在氮气氛围下，保温反应4～6h，再加入80～100mL无水乙醇，静置1～2h后过滤，得沉淀，并用质量分数为50%乙醇溶液洗涤沉淀3～5次，再将洗涤后的沉淀置于真空干燥箱中，在60～70℃下干燥15～20h，得改性复合纳米粉末填料；称取1.0～1.2g改性复合纳米粉末填料，加入40～48mL氯仿中，并以300W超声波超声分散30～40min，再加入1.0～1.2mL十三氟辛基三乙氧基硅烷，于40～50℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌20～24h，再静置1～2h后过滤，得沉淀物，用氯仿洗涤沉淀物3～5次，再将洗涤后的沉淀物转入干燥箱中，于80～90℃下干燥10～12h，得低表面能处理改性复合纳米粉末填料；再按重量份数计，分别称取50～60份聚酯树脂，50～60份FEVE氟碳树脂，10～12份异氰酸酯，3～4份异氰尿酸三缩水甘油酯，20～25份硫酸钡，30～40份钛白粉，1～2份流平剂，0.5～0.6份安息香，0.5～2.5份低表面能处理改性复合纳米粉末填料，装入研磨机中研磨1～2h，得混合物料；最后将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器分离被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
实例1
首先量取1mL乙酰丙酮，加入35mL无水乙醇中，混合均匀得混合液，以1mL/min速率向混合液中滴加9mL钛酸四丁酯，并以300r/min搅拌30min后，再以0.1mL/min速率滴加2mL正硅酸乙酯，滴加完毕，再分别加入20mL无水乙醇和20mL质量分数为1%盐酸，继续搅拌1h，得反应液；将反应液陈化6h后过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，再将洗涤后的滤渣置入鼓风干燥箱中，于80℃下干燥10h，将干燥后的滤渣置于马弗炉中，在600℃下煅烧2h，再冷却至室温后转入研钵中研磨，过200目筛，得复合纳米粉末填料；再称取1g复合纳米粉末填料，加入4mL苯乙烯中，以300r/min搅拌15min，再分别加入0.25g硅烷偶联剂KH-550，0.2g十二烷基磺酸钠，0.2g烷基酚聚氧乙烯醚，30mL去离子水，继续搅拌30min，得混合乳液；然后将混合乳液与0.01g过硫酸钾混合后，加热至70℃，在氮气氛围下，保温反应4h，再加入80mL无水乙醇，静置1h后过滤，得沉淀，并用质量分数为50%乙醇溶液洗涤沉淀3次，再将洗涤后的沉淀置于真空干燥箱中，在60℃下干燥15h，得改性复合纳米粉末填料；称取1.0g改性复合纳米粉末填料，加入40mL氯仿中，并以300W超声波超声分散30min，再加入1.0mL十三氟辛基三乙氧基硅烷，于40℃恒温水浴下，以300r/min搅拌20h，再静置1h后过滤，得沉淀物，用氯仿洗涤沉淀物3次，再将洗涤后的沉淀物转入干燥箱中，于80℃下干燥10h，得低表面能处理改性复合纳米粉末填料；再按重量份数计，分别称取50份聚酯树脂，50份FEVE氟碳树脂，10份异氰酸酯，3份异氰尿酸三缩水甘油酯，20份硫酸钡，30份钛白粉，1份流平剂，0.5份安息香，0.5份低表面能处理改性复合纳米粉末填料，装入研磨机中研磨1h，得混合物料；最后将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器分离被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
先将需喷涂的工件基面灰尘、污渍清理干净，再将本发明制得的复合改性氟碳聚酯粉末涂料装入喷枪中，控制喷枪喷涂压力为0.2MPa，喷涂量为9m2/kg，将粉末涂料喷涂于清理后的工件基面，喷涂完毕后，将工件置于195℃下保温固化12min，即可。
实例2
首先量取2mL乙酰丙酮，加入38mL无水乙醇中，混合均匀得混合液，以1mL/min速率向混合液中滴加10mL钛酸四丁酯，并以350r/min搅拌35min后，再以0.2mL/min速率滴加3mL正硅酸乙酯，滴加完毕，再分别加入23mL无水乙醇和25mL质量分数为1%盐酸，继续搅拌2h，得反应液；将反应液陈化7h后过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣4次，再将洗涤后的滤渣置入鼓风干燥箱中，于85℃下干燥11h，将干燥后的滤渣置于马弗炉中，在650℃下煅烧3h，再冷却至室温后转入研钵中研磨，过200目筛，得复合纳米粉末填料；再称取2g复合纳米粉末填料，加入6mL苯乙烯中，以350r/min搅拌18min，再分别加入0.38g硅烷偶联剂KH-550，0.3g十二烷基磺酸钠，0.3g烷基酚聚氧乙烯醚，35mL去离子水，继续搅拌35min，得混合乳液；然后将混合乳液与0.02g过硫酸钾混合后，加热至73℃，在氮气氛围下，保温反应5h，再加入90mL无水乙醇，静置2h后过滤，得沉淀，并用质量分数为50%乙醇溶液洗涤沉淀4次，再将洗涤后的沉淀置于真空干燥箱中，在65℃下干燥18h，得改性复合纳米粉末填料；称取1.1g改性复合纳米粉末填料，加入44mL氯仿中，并以300W超声波超声分散35min，再加入1.1mL十三氟辛基三乙氧基硅烷，于45℃恒温水浴下，以350r/min搅拌22h，再静置2h后过滤，得沉淀物，用氯仿洗涤沉淀物4次，再将洗涤后的沉淀物转入干燥箱中，于85℃下干燥11h，得低表面能处理改性复合纳米粉末填料；再按重量份数计，分别称取55份聚酯树脂，55份FEVE氟碳树脂，11份异氰酸酯，4份异氰尿酸三缩水甘油酯，23份硫酸钡，35份钛白粉，2份流平剂，0.6份安息香，1.7份低表面能处理改性复合纳米粉末填料，装入研磨机中研磨2h，得混合物料；最后将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器分离被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
先将需喷涂的工件基面灰尘、污渍清理干净，再将本发明制得的复合改性氟碳聚酯粉末涂料装入喷枪中，控制喷枪喷涂压力为0.3MPa，喷涂量为11m2/kg，将粉末涂料喷涂于清理后的工件基面，喷涂完毕后，将工件置于198℃下保温固化11min，即可。
实例3
首先量取2mL乙酰丙酮，加入40mL无水乙醇中，混合均匀得混合液，以1mL/min速率向混合液中滴加12mL钛酸四丁酯，并以400r/min搅拌40min后，再以0.2mL/min速率滴加3mL正硅酸乙酯，滴加完毕，再分别加入25mL无水乙醇和30mL质量分数为1%盐酸，继续搅拌2h，得反应液；将反应液陈化8h后过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣5次，再将洗涤后的滤渣置入鼓风干燥箱中，于90℃下干燥12h，将干燥后的滤渣置于马弗炉中，在700℃下煅烧3h，再冷却至室温后转入研钵中研磨，过200目筛，得复合纳米粉末填料；再称取2g复合纳米粉末填料，加入8mL苯乙烯中，以400r/min搅拌20min，再分别加入0.50g硅烷偶联剂KH-550，0.4g十二烷基磺酸钠，0.4g烷基酚聚氧乙烯醚，40mL去离子水，继续搅拌40min，得混合乳液；然后将混合乳液与0.02g过硫酸钾混合后，加热至75℃，在氮气氛围下，保温反应6h，再加入100mL无水乙醇，静置2h后过滤，得沉淀，并用质量分数为50%乙醇溶液洗涤沉淀5次，再将洗涤后的沉淀置于真空干燥箱中，在70℃下干燥20h，得改性复合纳米粉末填料；称取1.2g改性复合纳米粉末填料，加入48mL氯仿中，并以300W超声波超声分散40min，再加入1.2mL十三氟辛基三乙氧基硅烷，于50℃恒温水浴下，以400r/min搅拌24h，再静置2h后过滤，得沉淀物，用氯仿洗涤沉淀物5次，再将洗涤后的沉淀物转入干燥箱中，于90℃下干燥12h，得低表面能处理改性复合纳米粉末填料；再按重量份数计，分别称取60份聚酯树脂，60份FEVE氟碳树脂，12份异氰酸酯，4份异氰尿酸三缩水甘油酯，25份硫酸钡，40份钛白粉，2份流平剂，0.6份安息香，2.5份低表面能处理改性复合纳米粉末填料，装入研磨机中研磨2h，得混合物料；最后将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器分离被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
先将需喷涂的工件基面灰尘、污渍清理干净，再将本发明制得的复合改性氟碳聚酯粉末涂料装入喷枪中，控制喷枪喷涂压力为0.4MPa，喷涂量为12m2/kg，将粉末涂料喷涂于清理后的工件基面，喷涂完毕后，将工件置于200℃下保温固化10min，即可。
对照例：由聚酯树脂、钛白粉、碳酸钙、滑石粉为原料制得聚酯粉末涂料。
将上述实施例所得复合改性氟碳聚酯粉末涂料与对照例所得聚酯粉末涂料进行检测，结果如表一所示。
表一：
例子 光泽度保持率 熔融流动性 涂膜外观
对照例 阳光下曝晒25～30天，<78.2% 180℃，25.0mm 平整光滑
实例1 阳光下曝晒28天，89.8% 180℃，25.8mm 光亮丰满，平整光滑
实例2 阳光下曝晒25天，92.3% 180℃，27.1mm 光亮丰满，平整光滑
实例3 阳光下曝晒30天，87.1% 180℃，26.5mm 光亮丰满，平整光滑
由上表可知，本发明复合改性氟碳聚酯粉末涂料流平性好，180℃下熔融流动性为25.8～27.1mm，在阳光下曝晒25～30天光泽度保持率为87.1～92.3%，耐老化性能高。

Claims (7)

1.一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，它包括下述重量份物料：
50～60份聚酯树脂，50～60份FEVE氟碳树脂，10～12份异氰酸酯，3～4份异氰尿酸三缩水甘油酯，20～25份硫酸钡，30～40份钛白粉，1～2份流平剂，0.5～0.6份安息香，0.5～2.5份低表面能处理改性复合纳米粉末填料。
2.如权利要求1所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，所述聚酯树脂为聚酯树脂P5200、聚酯树脂9335、聚酯树脂DMS、聚酯树脂CC2440、聚酯树脂NH3307 中的一种。
3.如权利要求1所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，所述流平剂为流平剂440、流平剂DC57、流平剂DC3中的一种。
4.如权利要求1所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，所述低表面能处理改性复合纳米粉末填料为经十三氟辛基三乙氧基硅烷，在40～50℃恒温水浴下处理20～24h的改性复合纳米粉末填料。
5.如权利要求4所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，所述改性复合纳米粉末填料为包裹聚苯乙烯的复合纳米粉末。
6.如权利要求5所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料，其特征在于，所述复合纳米粉末为钛酸四丁酯和正硅酸乙酯水解生成的纳米二氧化钛/纳米二氧化硅复合粉末。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种复合改性氟碳聚酯粉末涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
S1.按配方称取物料装入研磨机中研磨1～2h，得混合物料；
S2.将混合物料用加料器输送到双螺杆挤出机中熔融混合挤出，并用压片机冷压成薄片，将薄片经破碎机破碎后，输送到空气分级磨中进行细粉碎，并通过旋风分离器收集被粉碎的半成品，再经100目的筛粉机去除杂物和粗粉末，得复合改性氟碳聚酯粉末涂料。
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