CN109054585A - 一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料及其制备方法，涉及环保涂料技术领域，包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂20‑60％、氢氧化铝胶体3‑15％、石墨烯衍生物0.01‑0.3％、纳米陶瓷粉末10‑15％、填料5‑10％、助剂1‑2.5％、水10‑20％及固化剂1‑20％。本发明的纳米陶瓷涂料具备优良的力学性能，硬度高、附着力好以及优良的耐撞击性能。

Description

一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及环保涂料技术领域，尤其涉及一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

陶瓷涂料是一种新型的低挥发性有机化合物排放的环保无毒涂料，属于功能涂料领域，特别在防腐蚀等领域中，对陶瓷涂料防腐蚀的要求越来越高。现有的陶瓷涂料虽然具备一定的防腐蚀功能，但其实其硬度不高。而建装建材中不仅要求具备一定发耐腐蚀性能，而且要求具备较高的硬度，能长期经受住户外的各种环境考验。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料及其制备方法，具备优良的力学性能，硬度高、附着力好以及优良的耐撞击性能。

本发明提供了一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂20-60％、氢氧化铝胶体3-15％、石墨烯衍生物0.01-0.3％、纳米陶瓷粉末10-15％、填料5-10％、助剂1-2.5％、水10-20％及固化剂1-20％。

进一步，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:30-50改性制备得到。

进一步，所述颜填料包括铁红、钛白粉、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉中的至少一种。

进一步，所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂。

进一步，所述石墨烯衍生物包括氧化石墨烯和石墨烷中的至少一种。

本发明又提供了一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)按相应比例将所述流平剂、分散剂、消泡剂各自分成两部分，将一部分所述流平剂添加到水中搅拌均匀，然后依次加入部分所述分散剂、消泡剂，搅拌15-20min；

2)按相应比例再加入所述改性环氧树脂、氢氧化铝胶体、石墨烯衍生物搅拌20-30min；

3)接着按相应比例加入所述纳米陶瓷粉末、填料和剩余的流平剂、分散剂、消泡剂及成膜助剂，搅拌均匀；

4)然后按相应比例加入所述固化剂，搅拌均匀；

5)将所述步骤4)搅拌均匀所得的混合物用滤网过滤即得到所述纳米陶瓷涂料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过采用碳纳米管改性环氧树脂，使得涂料具备优良的力学性能，不仅能有效地提高涂层的附着力及耐摩擦力，而且通过添加纳米陶瓷粉末和石墨烯等填料，可以显著提高涂层的硬度和耐冲击性能；因其具有的高耐冲击性和高硬度，可大大减缓使用过程中的冲击破坏，延长其使用寿命，特别适合用于户外的建筑建材。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明；下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1，本发明实施例的一方面提供了一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料。

所述纳米陶瓷涂料包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂20-60％、氢氧化铝胶体3-15％、石墨烯衍生物0.01-0.3％、纳米陶瓷粉末10-15％、填料5-10％、助剂1-2.5％、水10-20％及固化剂1-20％。

其中，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:30-50改性制备得到。所述环氧树脂包括脂环族环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂。所述环氧树脂优选为：二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。所述碳纳米管使用研磨装置研磨处理，使其直径达到5-15mm，长度达到3-8μm，壁数达到10-20，堆密度达到0.05-0.25g/cm3。然后将所述碳纳米管与所述改性环氧树脂按照比例要求混合均匀，得到所述改性环氧树脂。将碳纳米管分散添加到环氧树脂中，能有效地提高最终制得的涂层的耐摩擦力、附着力以及防护性能等。

所述颜填料包括铁红、钛白粉、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉中的至少一种。

所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂。所述分散剂优选为有机分散剂，包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种。所述消泡剂优选为由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成。所述成膜助剂优选为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。

所述石墨烯衍生物包括氧化石墨烯和石墨烷中的至少一种。所述石墨烯衍生物的加入能有效提高涂层的力学性能，例如耐磨损性能和硬度等都能提高1.5倍以上。

本发明实施例的另一方面还提供了一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)按相应比例将所述流平剂、分散剂、消泡剂各自分成两部分，将一部分所述流平剂添加到水中搅拌均匀，然后依次加入一部分所述分散剂、消泡剂，搅拌15-20min。所述水优选为去离子水。2)按相应比例再加入所述改性环氧树脂、氢氧化铝胶体、石墨烯衍生物搅拌20-30min，直至搅拌均匀；

3)接着按相应比例加入所述纳米陶瓷粉末、填料和剩余部分的流平剂、分散剂、消泡剂及成膜助剂，搅拌均匀；

4)然后按相应比例加入所述固化剂，搅拌均匀后静置5-10min，使涂料溶液中的各个组分融合后充分反应；

5)将所述步骤4)静置后的混合物再次搅拌3-5min，然后用滤网过滤即得到所述纳米陶瓷涂料，所述滤网优选采用目数为200-500的滤网。

在上述制备过程中，将所述流平剂、分散剂、消泡剂各自分成两部分时，可以是根据生产需要适量地分成两部分。

实施例2，按照实施例1中的方法制备所述纳米陶瓷涂料，所述纳米陶瓷涂料包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂40％、氢氧化铝胶体10％、石墨烯衍生物0.15％、纳米陶瓷粉末12％、填料8％、助剂2％、水15％及固化剂12.85％。其中，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:40改性制备得到。

实施例3，按照实施例1中的方法制备所述纳米陶瓷涂料，所述纳米陶瓷涂料包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂20％、氢氧化铝胶体15％、石墨烯衍生物0.2％、纳米陶瓷粉末15％、填料10％、助剂2.5％、水20％及固化剂17.3％。其中，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:50改性制备得到。

实施例4，按照实施例1中的方法制备所述纳米陶瓷涂料，所述纳米陶瓷涂料包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂58％、氢氧化铝胶体4％、石墨烯衍生物0.05％、纳米陶瓷粉末10％、填料5％、助剂1％、水11.95％及固化剂10％。其中，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:30改性制备得到。

实施例5，按照实施例1中的方法制备所述纳米陶瓷涂料，所述纳米陶瓷涂料包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂30％、氢氧化铝胶体12％、石墨烯衍生物0.3％、纳米陶瓷粉末14％、填料9％、助剂2.2％、水12.5％及固化剂20％。其中，所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:43改性制备得到。

对比例，现有技术的陶瓷涂料包括树脂乳液11-34％、填料12-19％、颜料8-38％、助剂0.9-6％，固化剂0.8-3％，去离子水10-26％。

经测试，实施例2-5以及对比例具体参数及效果如下：

	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例
						硬度	HB	HB	HB	HB	1B
耐冲击测试/cm	58	52	55	53	45
						附着力/级	0	0	0	0	1
拉伸强度/MPa	65	59	62	60	55
						拉伸模量/MPa	6960	6870	6910	6890	6200
断裂伸长率/％	1.45	1.2	1.35	1.22	1.1

耐冲击测试：取相同大小和材质的测试板，以相同的涂覆方法在各个测试板上分别涂覆实施例2-5及对比例中的涂料。烘干后，在恒温恒湿条件下，以一定质量的重锤落于涂膜试板上，使漆膜经受伸长变形而不引起破坏的最大高度表示该漆膜的耐冲击性，通常以厘米表示。

附着力测试：取相同大小和材质的试片，以相同的涂覆方法在各个试片上分别涂覆实施例2-5及对比例中的涂料。烘干后，在试片涂层上均匀切割出25或者100个方格，用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，然后检查并评价涂层附着：

0级：切割边缘完全平滑，无一格脱落

1级：在切口交叉处涂层有少许薄片分离，但划格区受影响明显不大于5％

2级：切口边缘或交叉处涂层明显脱落大于5％，但受影响明显不大于15％

3级：涂层沿切割边缘，部分或全部以大碎片脱落，或在格子不同部位上，部分或全部脱落，明显大于15％，但受影响明显不大于35％

4级：涂层沿切割边缘，大碎片剥落，或一些方格部分或全部脱落，明显大于35％，但受影响明显不大于65％

5级：大于4级的严重剥落

由上可知：

1.对比例的附着力性能为1级，而本发明通过采用碳纳米管改性环氧树脂，能有效地将涂层的附着力提高至0级，不仅提高了涂料的质量，而且还能保证后续涂覆在型材表面的涂层能经久耐用。

2.本发明通过添加纳米陶瓷粉末和石墨烯等填料，涂层的硬度均为HB，耐冲击性能均达到52cm以上，而对比例的硬度为1B，涂层为45cm。本发明的涂层不论是硬度还是耐冲击性能均优于对比例。因此，本发明可以显著提高涂层的硬度和耐冲击性能，可大大减缓使用过程中的冲击破坏，延长其使用寿命，特别适合用于户外的建筑建材。

3.随着碳纳米管含量的增加，改性环氧树脂的拉伸模量得到不同程度的增加，而拉伸强度和断裂伸长率均先增加后减少。对于拉伸模量和断裂伸长率，碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:40时为最佳。

综上所述，本发明通过采用碳纳米管改性环氧树脂，使得涂料具备优良的力学性能，不仅能有效地提高涂层的附着力及耐冲击力，而且在添加纳米陶瓷粉末和石墨烯等填料的共同作用下，涂层的硬度、拉伸强度、拉伸模量以及断裂伸长率都得到显著提高。因其具有的高耐冲击性和高硬度，可大大减缓使用过程中的冲击破坏，延长其使用寿命，特别适合用于户外的建筑建材。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，其特征在于：包括按照重量百分比计算的如下组分：改性环氧树脂20-60％、氢氧化铝胶体3-15％、石墨烯衍生物0.01-0.3％、纳米陶瓷粉末10-15％、填料5-10％、助剂1-2.5％、水10-20％及固化剂1-20％。

2.根据权利要求1所述的一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述改性环氧树脂采用碳纳米管与环氧树脂按照重量比1:30-50改性制备得到。

3.根据权利要求1所述的一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述颜填料包括铁红、钛白粉、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂。

5.根据权利要求1所述的一种具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述石墨烯衍生物包括氧化石墨烯和石墨烷中的至少一种。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的具有优良附着性能的纳米陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按相应比例将所述流平剂、分散剂、消泡剂各自分成两部分，将一部分所述流平剂添加到水中搅拌均匀，然后依次加入部分所述分散剂、消泡剂，搅拌15-20min；

2)按相应比例再加入所述改性环氧树脂、氢氧化铝胶体、石墨烯衍生物搅拌20-30min；

3)接着按相应比例加入所述纳米陶瓷粉末、填料和剩余的流平剂、分散剂、消泡剂及成膜助剂，搅拌均匀；

4)然后按相应比例加入所述固化剂，搅拌均匀；

5)将所述步骤4)搅拌均匀所得的混合物用滤网过滤即得到所述纳米陶瓷涂料。