CN109401507B - 高强度纳米石墨烯彩涂板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域,具体涉及一种高强度纳米石墨烯彩涂板及其制备方法。该彩涂板包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层,氮化铝经三乙醇胺、β‑羟烷基酰胺改性后,在环氧树脂作用下,再与石墨烯配合,形成复合材料,提高了面涂层的整体强度;在底涂层加入氧化石墨烯,经超高分子量聚丙烯酰胺连接改性,在超高分子量聚丙烯酰胺分子中充当交联点,提高了底涂层的强度。本发明提供的彩涂板强度高,制备方法简单,成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,具体涉及一种高强度纳米石墨烯彩涂板及其制备方法。
背景技术
彩涂板即彩色涂层钢板,是以冷轧钢板或镀锌钢板为基板,经表面预处理(脱脂、清洗、化学转化处理等)后,以辊涂方式涂覆涂料,然后经烘烤和冷却而制成的产品。作为一种色彩鲜艳、加工成型方便、成本低廉的新型材料,彩涂板广泛用于建筑、造船、家电、装饰装潢和交通运输等行业。
随着彩涂板的广泛普及,彩涂板的使用寿命和具备的功能越来越成为人们关注的焦点。在使用过程中,彩涂板易受到外力作用,造成基板弯折变形,缩短了彩涂板的使用寿命,影响了其功能。基板作为彩涂板的骨架结构,对其材质进行改进,能够提高彩涂板的屈服强度和抗拉伸强度,延长使用寿命。中国专利CN102363857A公开了一种对彩涂板的基板材质和镀层结构的改进方法,通过在基板和镀层中添加适量元素C、Mn、Ti、Nb、Als、Fe、Si等,可得到屈服强度(ReL)高达420MPa、抗拉伸强度(Rm)高达460MPa的彩涂板。
彩涂板结构中,涂层位于彩涂板的表面,直接与外界接触,因此,涂层材质对彩涂板的耐腐蚀性、抗沾污性、外观色彩等性能起着关键作用。对涂层材质进行改进,能够增强彩涂板的表面强度、耐划伤性性能等,保护彩涂板的表面不受损伤,继而确保彩涂板整体的耐腐蚀性、抗沾污性、耐候性、隔热保温等诸多性能不受影响。
因此,开发一种具有高强度涂层的彩涂板具有十分重要的意义,也成为当今研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种高强度的彩涂板以及彩涂板的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
本发明提供一种高强度纳米石墨烯彩涂板,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层;
其中,所述面涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯60~70份,环氧树脂20~25份,石墨烯6~8份,氮化铝1.5~2.5份,三乙醇胺0.6~0.8份,β-羟烷基酰胺0.4~0.6份,气相二氧化硅0.1~0.3份,流平剂3~5份,固化剂5~9份;
所述底涂层包括以下重量份的原料:
丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50~60份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯15~20份,颜料5~9份,氧化石墨烯4~6份,反丁烯二酸6~10份,超高分子量聚乙烯7~11份,超高分子量聚丙烯酰胺4~6份;
所述第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂。
优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述第二钝化层包括纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂;
所述背涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯30~34份,丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物30~34份,乙烯-醋酸乙烯共聚物22~26份,石墨烯3~6份。
优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述流平剂为阴离子型水性聚氨酯;
所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述颜料包括无机颜料和有机颜料,所述无机颜料与所述有机颜料的质量比为1:(1~2)。
优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述超高分子量聚乙烯的分子量为100万~150万;
所述超高分子量聚丙烯酰胺的分子量为1800万~2000万。
进一步优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述纳米氧化铝改性的酚醛树脂中,氧化铝含量为3~7wt%;
所述纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂中,氧化锌含量为1~5wt%。
进一步优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述第一钝化层和所述第二钝化层中还掺杂有钼酸盐;
其中,所述第一钝化层中,所述钼酸盐的掺杂量为0.5~0.9wt%;
所述第二钝化层中,所述钼酸盐的掺杂量为0.4~0.8wt%。
优选地,此高强度纳米石墨烯彩涂板,所述底涂层与所述第一钝化层之间还设置有反射层和胶黏剂层,所述反射层靠近所述底涂层设置。
本发明还提供上述高强度纳米石墨烯彩涂板的制备方法,包括以下步骤:
(1)基板的脱脂、漂洗;
(2)基板的表调、漂洗;
(3)辊涂第一钝化层和第二钝化层,烘烤固化;
(4)辊涂底涂层、面涂层和背涂层,每辊涂一层先经一次烘烤和降温后再进行辊涂下一层。
优选地,该制备方法中,所述底涂层的制备方法包括以下步骤:
(a)在有机溶剂中加入氧化石墨烯4~6重量份,超声处理,加入超高分子量聚丙烯酰胺4~6重量份,得到接枝物混合液;
(b)向所述步骤(a)制备的接枝物混合液加入丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50~60重量份、聚二季戊四醇六丙烯酸酯15~20重量份、颜料5~9重量份、反丁烯二酸6~10重量份超高分子量聚乙烯7~11重量份,在55~60℃下搅拌混合均匀,得到浆状物;
(c)将所述步骤(b)制备的浆状物辊涂在所述第一钝化层上,烘烤固化,得到所述底涂层。
进一步优选地,该制备方法中,所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种与乙醇的混合液。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的高强度纳米石墨烯彩涂板,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层;
其中,面涂层包括以下重量份的原料:聚甲基丙烯酸甲酯60~70份,环氧树脂20~25份,纳米石墨烯6~8份,氮化铝1.5~2.5份,三乙醇胺0.6~0.8份,β-羟烷基酰胺0.4~0.6份,气相二氧化硅0.1~0.3份,流平剂3~5份,固化剂5~9份;
底涂层包括以下重量份的原料:丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50~60份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯15~20份,颜料5~9份,氧化石墨烯4~6份,反丁烯二酸6~10份,超高分子量聚乙烯7~11份,超高分子量聚丙烯酰胺4~6份;
第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂。
此纳米石墨烯彩涂板,其面涂层以聚甲基丙烯酸甲酯为基体,聚甲基丙烯酸甲酯对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性,透明度高;石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时也具有非常好的光学特性,在较宽范围内吸收率约为2.3%。但是,石墨烯本身很难与其它基团(如胺基)结合;若氧化后,则会稍稍降低纳米石墨烯的强度。氮化铝同属金刚石氮化物,六方晶系,一方面,氮化铝与石墨烯配合,增强面涂层的强度;另一方面,氮化铝经三乙醇胺、β-羟烷基酰胺改性后,同时在环氧树脂作用下,提高了氮化铝与聚甲基丙烯酸甲酯结合强度。此时,石墨烯、氮化铝与聚甲基丙烯酸甲酯配合形成复合材料,提高了面涂层的整体强度。
此纳米石墨烯彩涂板,其底涂层采用经丙炔改性的聚偏二氟乙烯共聚物为基体,增强了底涂层与面涂层、第一钝化层的结合强度;氧化石墨烯的表面含有丰富的羟基、羧基,具有极高的比表面积,经超高分子量聚丙烯酰胺连接改性,在超高分子量聚丙烯酰胺分子中充当交联点,提高了底涂层的强度。
综上所述,本发明提供的纳米石墨烯彩涂板,在面涂层和底涂层分别加入石墨烯和氧化石墨烯,充分利用石墨烯的优良力学性能,提高了彩涂板整体的强度。
2.本发明提供的高强度纳米石墨烯彩涂板,在面涂层中加入流平剂,能够有效降低面涂层辊涂时的表面张力,提高其流平性和均一性。阴离子型水性聚氨酯羧基,能与石墨烯结合,进一步增强了面涂层表面强度。
3.本发明提供的高强度纳米石墨烯彩涂板,面涂层和底涂层之间粘结强度大,无需另设胶黏结构,节省了材料,简化了彩涂板结构;也避免了另设胶黏结构对光线在界面传输的影响,使得彩涂板的颜色更明亮。
4.本发明提供的高强度纳米石墨烯彩涂板,在底涂层与第一钝化层之间设置有反射层和胶黏剂层,且反射层靠近底涂层设置,反射层将颜料光线尽可能反射,提高光线由面涂层表面的出光率,减少光线在底涂层和面涂层内的损耗。
5.本发明提供的高强度纳米石墨烯彩涂板的制备方法,对基板进行脱脂处理,以清除基板表面残存的油污,增强涂层与基板的附着力;而且,该制备方法工艺简单,适合大规模工业生产应用。
具体实施方式
为了便于理解本发明的目的、技术方案和要点,下面将对本发明的实施方式作进一步详细描述。本发明可以多种不同的形式实施,而不应该被理解为仅限于在此阐述的实施例。相反,提供此实施例,使得本发明将是彻底的和完整的,并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员,本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
本发明提供一种高强度纳米石墨烯彩涂板,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、反射层、胶黏剂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层。
其中,基板为冷轧钢板,厚度为0.3mm。
第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂和钼酸盐,氧化铝含量为5wt%,钼酸盐的掺杂量为0.7wt%,其余为酚醛树脂。利用纳米氧化铝改性,改善酚醛树脂的韧性和强度,并与钼酸盐配合,提高第一钝化层的耐热性、粘结强度以及阻燃性能。
第一钝化层的厚度为30μm。
第二钝化层包括纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂和钼酸盐,氧化锌含量为3wt%,钼酸盐的掺杂量为0.6wt%,其余为聚酰胺树脂。氧化锌的加入可提高聚酰胺树脂的耐老化性能,同时配合钼酸盐提高第二钝化层的耐热性、粘结强度以及阻燃性能。
第二钝化层的厚度为40μm。
胶黏剂层为环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物,质量比为3:1。
反射层为铝箔反射层,厚度为5μm。
底涂层包括以下重量份的原料:丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物55份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯17.5份,颜料7份,氧化石墨烯5份,反丁烯二酸8份,超高分子量聚乙烯9份,超高分子量聚丙烯酰胺5份。
上述丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物中,丙炔的含量为8wt%。
上述颜料为无机颜料和有机颜料按照质量比1:1.5的混合,无机颜料为氧化铁红、炭黑、氧化铬绿,有机颜料为永固橙、金光红、联苯胺黄。有机颜料色彩鲜明,着色力强,但耐光、耐热、耐溶剂和耐迁移性往往不如无机颜料;无机颜料耐光、耐热、耐溶剂性好、遮盖力强,但色谱不十分齐全,着色力低,颜色鲜艳度差。无机颜料和有机颜料配合使用,可得到耐候性好且色彩鲜艳的颜料。
上述反丁烯二酸含有羧基以及双键,羧基与超高分子量聚丙烯酰胺结合,以增强底涂层强度;双键稳定性强,改善了底涂层的耐热性。
上述超高分子量聚乙烯的分子量为120万~130万。
上述超高分子量聚丙烯酰胺的分子量为1850万~1950万。
底涂层的厚度为30μm。
面涂层包括以下重量份的原料:聚甲基丙烯酸甲酯65份,环氧树脂22.5份,石墨烯7份,氮化铝2份,三乙醇胺0.7份,β-羟烷基酰胺0.5份,气相二氧化硅0.2份,流平剂4份,固化剂7份。
上述气相二氧化硅的比表面积大,表面吸附力强,表面能大,分散性能好,与流平剂配合,使得石墨烯、氮化铝在聚甲基丙烯酸甲酯中分散均匀,不存在沉积、凝聚现象。
上述流平剂为阴离子型水性聚氨酯。
上述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
面涂层的厚度为30μm。
背涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯32份,丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物32份,乙烯-醋酸乙烯共聚物24份,石墨烯4.5份。
上述背涂层中,乙烯-醋酸乙烯共聚物具有永久的韧性,填充石墨烯后,增强了乙烯-醋酸乙烯共聚物的硬度,其良好韧性保留,改善了背涂层的韧性。
背涂层厚度为20μm。
本发明还提供采用上述原料制备高强度纳米石墨烯彩涂板的方法,包括以下步骤:
(1)基板的脱脂、漂洗
具体为,将碳酸钾、氯化钠、十二烷基苯磺酸钠、水按照质量比1:1:0.5:97.5混合得到清洗液,将冷轧钢板放入清洗液中超声清洗30min,温度为30℃,取出;采用毛刷辊置于冷轧钢板双表面来回辊压,然后放入新制备清洗液中超声清洗30min,温度为30℃,取出,采用去离子水漂洗三次。
(2)基板的表调、漂洗
具体为,加入所需的纯水的1/2量,在搅拌状态下缓慢加入胶钛表调剂,再加入剩余的纯水,搅拌均匀。将步骤(1)脱脂后的冷轧钢板放入表调剂溶液中,45℃表调3min,取出,采用去离子水漂洗三次。
其中,胶钛表调剂与纯水总量质量比为1:500。
(3)制备第一钝化层和第二钝化层
具体为,将纳米氧化铝颗粒与钛酸酯偶联剂的乙醇溶液混合,10℃超声振荡后放入干燥箱75℃烘干,然后放入等离子体反应器,通入氮气并设定气压为80Pa,射频源功率为40W,反应30min,得到改性的纳米氧化铝;将酚醛树脂、钼酸盐、改性的纳米氧化铝熔融共混,得到第一钝化层的原料;将第一钝化层原料辊涂在冷轧钢板的一个表面(A面)上,280℃烘烤20min,空冷降温,得到第一钝化层。
将聚酰胺树脂、纳米氧化锌、钼酸盐熔融共混,得到第二钝化层的原料;将第二钝化层的原料辊涂在冷轧钢板的另一表面(B面)上,250℃烘烤30min,空冷降温,得到第二钝化层。
(4)制备胶黏剂层、反射层
具体为,将环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物按照质量比为3:1混合,辊涂在冷轧钢板的第一钝化层上,然后将铝箔贴附在胶黏剂层上,压平。
(5)制备底涂层
具体为,在二甲基甲酰胺-乙醇(v:v=1:1)混合有机溶剂中加入氧化石墨烯5重量份份,室温超声处理1h,加入超高分子量聚丙烯酰胺5重量份,70℃机械搅拌3h,得到接枝物混合液;
向接枝物混合液加入丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物55重量份、聚二季戊四醇六丙烯酸酯17.5重量份、颜料7重量份、反丁烯二酸8重量份、超高分子量聚乙烯9重量份,在57℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,210℃烘烤1.5h,空冷降温,得到底涂层。
(6)制备面涂层
具体为,在乙醇中加入氮化铝2重量份,室温超声处理1h,加入三乙醇胺0.7重量份、β-羟烷基酰胺0.5重量份,60℃机械搅拌3h,得到改性氮化铝溶液;
向改性氮化铝溶液加入聚甲基丙烯酸甲酯65重量份、环氧树脂22.5重量份、石墨烯7重量份、气相二氧化硅0.2重量份、阴离子型水性聚氨酯4重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯7重量份,在50℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,240℃烘烤1h,空冷降温,得到底涂层。
(7)制备背涂层
具体为,将聚甲基丙烯酸甲酯32重量份、丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物32重量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物24重量份、石墨烯4.5重量份加入乙醇-水(v:v=1:1)中混合均匀,辊涂在第二钝化层上,300℃烘烤1h,空冷降温,得到高强度纳米石墨烯彩涂板。
实施例2
本发明提供一种高强度纳米石墨烯彩涂板,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、反射层、胶黏剂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层。
其中,基板为镀锌钢板,厚度为0.5mm。
第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂和钼酸盐,氧化铝含量为7wt%,钼酸盐的掺杂量为0.5wt%,其余为酚醛树脂。
第一钝化层的厚度为40μm。
第二钝化层包括纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂和钼酸盐,氧化锌含量为1wt%,钼酸盐的掺杂量为0.8wt%,其余为聚酰胺树脂。
第二钝化层的厚度为30μm。
胶黏剂层为环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物,质量比为3:1。
反射层为铝箔反射层,厚度为5μm。
底涂层包括以下重量份的原料:丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物60份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯15份,颜料9份,氧化石墨烯4份,反丁烯二酸6份,超高分子量聚乙烯11份,超高分子量聚丙烯酰胺4份。
上述丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物中,丙炔的含量为10wt%。
上述颜料为无机颜料和有机颜料按照质量比1:2的混合,无机颜料为锌铬黄、炭黑、氧化铬绿,有机颜料为酞菁红、联苯胺黄。
上述超高分子量聚乙烯的分子量为100万~110万。
上述超高分子量聚丙烯酰胺的分子量为1900万~2000万。
底涂层的厚度为30μm。
面涂层包括以下重量份的原料:聚甲基丙烯酸甲酯70份,环氧树脂20份,石墨烯8份,氮化铝2.5份,三乙醇胺0.6份,β-羟烷基酰胺0.6份,气相二氧化硅0.1份,流平剂5份,固化剂5份。
上述流平剂为阴离子型水性聚氨酯。
上述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
面涂层的厚度为40μm。
背涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯34份,丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物30份,乙烯-醋酸乙烯共聚物26份,石墨烯3份。
背涂层厚度为20μm。
本发明还提供采用上述原料制备高强度纳米石墨烯彩涂板的方法,包括以下步骤:
(1)基板的脱脂、漂洗
具体为,将氢氧化钠、氯化钠、十二烷基苯磺酸钠、水按照质量比1:1:0.5:97.5混合得到清洗液,将镀锌钢板放入清洗液中超声清洗35min,温度为25℃,取出;采用毛刷辊置于镀锌钢板双表面来回辊压,然后放入新制备清洗液中超声清洗35min,温度为25℃,取出,采用去离子水漂洗三次。
(2)基板的表调、漂洗
具体为,加入所需的纯水的1/2量,在搅拌状态下缓慢加入胶钛表调剂,再加入剩余的纯水,搅拌均匀。将步骤(1)脱脂后的镀锌钢板放入表调剂溶液中,50℃表调2min,取出,采用去离子水漂洗三次。
其中,胶钛表调剂与纯水总量质量比为1:400。
(3)制备第一钝化层和第二钝化层
具体为,将纳米氧化铝颗粒与钛酸酯偶联剂的乙醇溶液混合,15℃超声振荡后放入干燥箱70℃烘干,然后放入等离子体反应器,通入氮气并设定气压为90Pa,射频源功率为40W,反应30min,得到改性的纳米氧化铝;将酚醛树脂、钼酸盐、改性的纳米氧化铝熔融共混,得到第一钝化层的原料;将第一钝化层原料辊涂在冷轧钢板的一个表面(A面)上,280℃烘烤20min,空冷降温,得到第一钝化层。
将聚酰胺树脂、纳米氧化锌、钼酸盐熔融共混,得到第二钝化层的原料;将第二钝化层的原料辊涂在冷轧钢板的另一表面(B面)上,250℃烘烤30min,空冷降温,得到第二钝化层。
(4)制备胶黏剂层、反射层
具体为,将环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物按照质量比为3:1混合,辊涂在镀锌钢板的第一钝化层上,然后将铝箔贴附在胶黏剂层上,压平。
(5)制备底涂层
具体为,在二甲基乙酰胺-乙醇(v:v=1:1)混合有机溶剂中加入氧化石墨烯4重量份,室温超声处理1h,加入超高分子量聚丙烯酰胺4重量份,80℃机械搅拌3h,得到接枝物混合液;
向接枝物混合液加入丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物60重量份、聚二季戊四醇六丙烯酸酯15重量份、颜料9重量份、反丁烯二酸6重量份、超高分子量聚乙烯11重量份,在60℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,210℃烘烤1.5h,空冷降温,得到底涂层。
(6)制备面涂层
具体为,在乙醇中加入氮化铝2.5重量份,室温超声处理1h,加入三乙醇胺0.6重量份、β-羟烷基酰胺0.6重量份,50℃机械搅拌3h,得到改性氮化铝溶液;
向改性氮化铝溶液加入聚甲基丙烯酸甲酯70重量份、环氧树脂20重量份、石墨烯8重量份、气相二氧化硅0.1重量份、阴离子型水性聚氨酯5重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯5重量份,在50℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,240℃烘烤1h,空冷降温,得到底涂层。
(7)制备背涂层
具体为,将聚甲基丙烯酸甲酯34重量份、丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物30重量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物26重量份、石墨烯3重量份加入乙醇-水(v:v=1:1)中混合均匀,辊涂在第二钝化层上,300℃烘烤1h,空冷降温,得到高强度纳米石墨烯彩涂板。
实施例3
本发明提供一种高强度纳米石墨烯彩涂板,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、反射层、胶黏剂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层。
其中,基板为冷轧钢板,厚度为0.8mm。
第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂和钼酸盐,氧化铝含量为3wt%,钼酸盐的掺杂量为0.9wt%,其余为酚醛树脂。
第一钝化层的厚度为50μm。
第二钝化层包括纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂和钼酸盐,氧化锌含量为5wt%,钼酸盐的掺杂量为0.4wt%,其余为聚酰胺树脂。
第二钝化层的厚度为20μm。
胶黏剂层为环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物,质量比为3:1。
反射层为铝箔反射层,厚度为5μm。
底涂层包括以下重量份的原料:丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯20份,颜料5份,氧化石墨烯6份,反丁烯二酸10份,超高分子量聚乙烯7份,超高分子量聚丙烯酰胺6份。
上述丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物中,丙炔的含量为6wt%。
上述颜料为无机颜料和有机颜料按照质量比1:1的混合,无机颜料为珍珠白、炭黑、中铬黄,有机颜料为酞菁红、永固橙。
上述超高分子量聚乙烯的分子量为140万~150万。
上述超高分子量聚丙烯酰胺的分子量为1800万~1900万。
底涂层的厚度为30μm。
面涂层包括以下重量份的原料:聚甲基丙烯酸甲酯60份,环氧树脂25份,石墨烯6份,氮化铝1.5份,三乙醇胺0.8份,β-羟烷基酰胺0.4份,气相二氧化硅0.3份,流平剂3份,固化剂9份。
上述流平剂为阴离子型水性聚氨酯。
上述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
面涂层的厚度为30μm。
背涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯30份,丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物34份,乙烯-醋酸乙烯共聚物22份,石墨烯6份。
背涂层厚度为40μm。
本发明还提供采用上述原料制备高强度纳米石墨烯彩涂板的方法,包括以下步骤:
(1)基板的脱脂、漂洗
具体为,将碳酸钾、氯化钠、十二烷基苯磺酸钠、水按照质量比1:1:0.5:97.5混合得到清洗液,将冷轧钢板放入清洗液中超声清洗30min,温度为35℃,取出;采用毛刷辊置于冷轧钢板双表面来回辊压,然后放入新制备清洗液中超声清洗25min,温度为35℃,取出,采用去离子水漂洗三次。
(2)基板的表调、漂洗
具体为,加入所需的纯水的1/2量,在搅拌状态下缓慢加入胶钛表调剂,再加入剩余的纯水,搅拌均匀。将步骤(1)脱脂后的冷轧钢板放入表调剂溶液中,55℃表调1min,取出,采用去离子水漂洗三次。
其中,胶钛表调剂与纯水总量质量比为1:600。
(3)制备第一钝化层和第二钝化层
具体为,将纳米氧化铝颗粒与钛酸酯偶联剂的乙醇溶液混合,20℃超声振荡后放入干燥箱80℃烘干,然后放入等离子体反应器,通入氮气并设定气压为70Pa,射频源功率为40W,反应30min,得到改性的纳米氧化铝;将酚醛树脂、钼酸盐、改性的纳米氧化铝熔融共混,得到第一钝化层的原料;将第一钝化层原料辊涂在冷轧钢板的一个表面(A面)上,280℃烘烤20min,空冷降温,得到第一钝化层。
将聚酰胺树脂、纳米氧化锌、钼酸盐熔融共混,得到第二钝化层的原料;将第二钝化层的原料辊涂在冷轧钢板的另一表面(B面)上,250℃烘烤30min,空冷降温,得到第二钝化层。
(4)制备胶黏剂层、反射层
具体为,将环氧树脂与乙烯-丙烯酸辛酯共聚物的混合物按照质量比为3:1混合,辊涂在冷轧钢板的第一钝化层上,然后将铝箔贴附在胶黏剂层上,压平。
(5)制备底涂层
具体为,在二甲基甲酰胺-二甲基乙酰胺-乙醇(v:v=0.5:0.5:1)混合有机溶剂中加入氧化石墨烯6重量份,室温超声处理1h,加入超高分子量聚丙烯酰胺6重量份,75℃机械搅拌3h,得到接枝物混合液;
向接枝物混合液加入丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50重量份、聚二季戊四醇六丙烯酸酯20重量份、颜料5重量份、反丁烯二酸10重量份、超高分子量聚乙烯7重量份,在55℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,210℃烘烤1.5h,空冷降温,得到底涂层。
(6)制备面涂层
具体为,在乙醇中加入氮化铝1.5重量份,室温超声处理1h,加入三乙醇胺0.8重量份、β-羟烷基酰胺0.4重量份,55℃机械搅拌3h,得到改性氮化铝溶液;
向改性氮化铝溶液加入聚甲基丙烯酸甲酯60重量份、环氧树脂25重量份、石墨烯6重量份、气相二氧化硅0.3重量份、阴离子型水性聚氨酯3重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯9重量份,在50℃下机械搅拌混合均匀,得到浆状物;
将浆状物辊涂在底涂层上,240℃烘烤1h,空冷降温,得到底涂层。
(7)制备背涂层
具体为,将聚甲基丙烯酸甲酯30重量份、丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物34重量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物22重量份、石墨烯6重量份加入乙醇-水(v:v=1:1)中混合均匀,辊涂在第二钝化层上,300℃烘烤1h,空冷降温,得到高强度纳米石墨烯彩涂板。
测试例1
为了证明本发明公开的彩涂板的强度,取实施例1-3制备的彩涂板性能测试如下表:
表1彩涂板性能测试结果
由表1可以看出,本发明提供的彩涂板具有强度优于现有的彩涂板,原因就在于本发明提供的彩涂板引入的石墨烯,提高了彩涂板的力学强度。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (9)
1.一种高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,包括依次层叠设置的面涂层、底涂层、第一钝化层、基板、第二钝化层和背涂层;
其中,所述面涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯60~70份,环氧树脂20~25份,石墨烯6~8份,氮化铝1.5~2.5份,三乙醇胺0.6~0.8份,β-羟烷基酰胺0.4~0.6份,气相二氧化硅0.1~0.3份,流平剂3~5份,固化剂5~9份;
所述底涂层包括以下重量份的原料:
丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50~60份,聚二季戊四醇六丙烯酸酯15~20份,颜料5~9份,氧化石墨烯4~6份,反丁烯二酸6~10份,超高分子量聚乙烯7~11份,超高分子量聚丙烯酰胺4~6份;
所述第一钝化层包括纳米氧化铝改性的酚醛树脂;
所述第二钝化层包括纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂;
所述背涂层包括以下重量份的原料:
聚甲基丙烯酸甲酯30~34份,丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物30~34份,乙烯-醋酸乙烯共聚物22~26份,石墨烯3~6份。
2.根据权利要求1所述的高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,所述流平剂为阴离子型水性聚氨酯;
所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述颜料包括无机颜料和有机颜料,所述无机颜料与所述有机颜料的质量比为1:(1~2)。
3.根据权利要求1所述的高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,所述超高分子量聚乙烯的分子量为100万~150万;
所述超高分子量聚丙烯酰胺的分子量为1800万~2000万。
4.根据权利要求3所述的高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,所述纳米氧化铝改性的酚醛树脂中,氧化铝含量为3~7wt%;
所述纳米氧化锌改性的聚酰胺树脂中,氧化锌含量为1~5wt%。
5.根据权利要求4所述的高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,所述第一钝化层和所述第二钝化层中还掺杂有钼酸盐;
其中,所述第一钝化层中,所述钼酸盐的掺杂量为0.5~0.9wt%;
所述第二钝化层中,所述钼酸盐的掺杂量为0.4~0.8wt%。
6.根据权利要求1所述的高强度纳米石墨烯彩涂板,其特征在于,所述底涂层与所述第一钝化层之间还设置有反射层和胶黏剂层,所述反射层靠近所述底涂层设置。
7.一种如权利要求1-6任一所述的高强度纳米石墨烯彩涂板的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)基板的脱脂、漂洗;
(2)基板的表调、漂洗;
(3)辊涂第一钝化层和第二钝化层,烘烤固化;
(4)辊涂底涂层、面涂层和背涂层,每辊涂一层先经一次烘烤和降温后再进行辊涂下一层。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述底涂层的制备方法包括以下步骤:
(a)在有机溶剂中加入氧化石墨烯4~6重量份,超声处理,加入超高分子量聚丙烯酰胺4~6重量份,得到接枝物混合液;
(b)向所述步骤(a)制备的接枝物混合液加入丙炔-聚偏二氟乙烯共聚物50~60重量份、聚二季戊四醇六丙烯酸酯15~20重量份、颜料5~9重量份、反丁烯二酸6~10重量份、超高分子量聚乙烯7~11重量份,在55~60℃下搅拌混合均匀,得到浆状物;
(c)将所述步骤(b)制备的浆状物辊涂在所述第一钝化层上,烘烤固化,得到所述底涂层。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种与乙醇的混合液。
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