CN111763442A - 一种光泽度可调消光用无机粉体组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光泽度可调消光用无机粉体组合物及其应用，涉及消光剂技术领域，所述无机粉体组合物由多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉组成，所述多孔二氧化硅粉体由纳米二氧化硅聚集构成，纳米二氧化硅之间通过化学键连接，形成孔道互穿结构；本发明将多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉这两种粉体的组合物应用于油漆、涂料及油墨中时，可以实现光泽度、粘度、抗垂流性在较大范围内的调节，满足客户的不同需求；同时，这两种粉体的作用明确且有明显不同，当出现质量波动时，容易迅速找到源头，有针对性地解决问题。

Description

一种光泽度可调消光用无机粉体组合物及其应用
技术领域：
本发明涉及消光剂技术领域，具体涉及一种光泽度可调消光用无机粉体组合物及其应用。
背景技术：
油漆、涂料及油墨在不同行业具有非常广泛而重要的应用，比如在家具、家庭装潢、工业涂装、汽车、高铁、飞机、轮船、以及电子等行业中起着美观、防尘、易清洁、防腐蚀等重要作用。
油漆、涂料以及油墨的光亮及消光程度不仅影响着人们的视觉和美观感受，在更为重要的领域，比如交通运输等领域甚至影响着人们的人身和财产安全。过度光亮的表面，容易产生强烈的反光，从而威胁到行人、司机以及乘客的人身安全。因此需要对油漆、涂料、油墨等进行消光处理。
油漆、涂料、油墨等消光的原理是固化后的合成树脂表面粗糙，使光线形成散射。为了达到消光的目的，目前最广泛采用的方法是在合成树脂中添加适量的消光剂(一般为粉体)。消光剂包括无机粉体、有机粉体两种，其中无机粉体主要有结晶石英粉、二氧化钛、硫酸钡等。由于无机粉体比重大，且与有机相的相容性差，容易沉淀，为了无机粉体在有机相中的分散均匀性，流动性、沉降和垂流性等，可以通过对无机粉体表面进行表面处理。
专利CN 109852104A公开了一种二氧化钛消光剂的制备方法，该方法首先采用铝醇盐实现铝包覆锐钛矿型超细二氧化钛，再利用硅烷偶联剂水解接枝在氧化铝包覆的二氧化钛粉体上，最后经过洗涤、离心、干燥和粉碎制备了锦纶化纤用消光剂。该方法采用氧化铝包覆二氧化钛实现了耐候性的提升，同时硅烷偶联剂的处理改善了粉体与聚合物基体的相容性，及其在聚合物中的分散均匀性。但是该制备过程中涉及原料均匀滴加等，滴加均匀性难以控制，且整体工艺控制点较多，在工业化生产过程中控制难度相对较大，不同批次产品间的均匀性难以保证。而且氧化铝包覆后的二氧化钛的紫外可见漫反射率由82％增长到88％，增幅有限。
专利CN 107057453A公开了一种消光组合物，其组成包括：硫酸钡粉末20-50wt％，滑石粉粉末20-50wt％，硅微粉粉末20-50wt％。该组合物能较好地达到消光效果，且原料易得、成本较低。但是该方法采用多种粉体混合的方式起到消光效果，由于粉体成分不同，添加在同一有机相中，难以同时具有很好的相容性。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种光泽度可调消光用无机粉体组合物，该粉体能显著抑制光的反射，降低光泽度，同时赋予涂料和油墨良好的流动性、抗垂流性，保证加工性能满足客户要求。通过调节组合物中二者的比例，能够根据需要调节合成树脂的光泽度。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种光泽度可调消光用无机粉体组合物，由多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉组成，所述多孔二氧化硅粉体由纳米二氧化硅聚集构成，纳米二氧化硅之间通过化学键连接，形成孔道互穿结构。
所述无机粉体组合物的比表面积为1-200m2/g，优选5-100m2/g；吸油值为10-100g/100g，优选30-90g/100g。
所述多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉体的重量比为1:100-10:1，优选1:100-1:1。
所述多孔二氧化硅粉体的中位粒度为1-10μm，优选2-5μm；比表面积为150-300m2/g，优选180-240m2/g；孔道直径为2-3nm。
所述熔融石英粉的粒度分布窄，纯度高，中位粒度控制在0.1-10μm，优选0.5-1.5μm，比表面积为0.5-50m2/g，优选5-15m2/g。
所述多孔二氧化硅粉体的制备方法，具体步骤如下：
步骤(1)：向水中加入纳米二氧化硅，并搅拌，开启加热至温度40-80℃，得到混合后的浆料；
步骤(2)：调整浆料pH值至1-5；
步骤(3)：边搅拌边加入偶联剂，反应8-20h，得到反应产物；
步骤(4)：反应产物经离子清洗、过滤、干燥、粉碎，得到多孔二氧化硅粉体。
所述水、纳米二氧化硅、偶联剂的质量比为100:(5-15):(1-6)。
所述纳米二氧化硅的粒径为5-50nm。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
所述无机粉体组合物在聚合物基复合材料领域中的应用，应用体系包括但不限于油漆、涂料和油墨。
所述无机粉体组合物经硅烷偶联剂处理后增加上述应用体系的相容性从而改善应用体系的消光作用和垂流性能。
所述硅烷偶联剂包括但不限于甲基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、氨基硅烷、苯氨基硅烷、环氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷。这些硅烷偶联剂也可以用于多孔二氧化硅粉体的制备。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种光泽度可调消光用无机粉体组合物，包括一种多孔二氧化硅粉体及熔融石英粉，该多孔二氧化硅粉体具有互穿孔道结构、粒径均匀。其宏观规整、微观多孔的结构十分有利于对入射光的散射，从而大大抑制光线的反射，起到消光效果。与现有技术相比，多孔二氧化硅粉体的制备方法较为简单，容易生产控制。
(2)由于多孔二氧化硅粉体及熔融石英粉尺寸较小、每种组分粒径均匀，减少因粒径不匀导致树脂基体力学性能的降低，树脂基体的硬度、刚度、抗刮擦性、耐高温性以及漆膜平整度得到提高；由于两种组分均为二氧化硅，元素组成相同，因此采用偶联剂处理后，在树脂基体中相容性不容易产生差异。
(3)由于熔融石英粉有利于保持合成树脂的良好流动性，因此多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉这两种粉体的组合物应用于油漆、涂料及油墨中时，可以实现光泽度、粘度、抗垂流性在较大范围内的调节，满足客户的不同需求。同时，这两种粉体的作用明确且有明显不同，当出现质量波动时，容易迅速找到源头，有针对性地解决问题。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
以下实施例和对比例中的基底漆由客户提供，类型为丙烯酸/聚氨酯树脂双组份油漆。
实施例1
多孔二氧化硅粉体的制备：
步骤(1)：向水中加入纳米二氧化硅，并搅拌，开启加热至温度40℃，得到混合后的浆料；
步骤(2)：调整浆料pH值至5；
步骤(3)：边搅拌边加入偶联剂，反应2h，得到反应产物；
步骤(4)：反应产物经离子清洗、过滤、干燥、粉碎得到本发明的多孔二氧化硅粉体；
反应物料的用量按质量计算比例为，水：纳米二氧化硅：偶联剂＝100:5:1。其中纳米二氧化硅粒径为50nm，偶联剂为甲基三甲氧基硅烷。
得到的多孔二氧化硅粉体的中位粒度为10um，比表面积为240m2/g，通过BJH法(脱附法)对孔道直径分析，孔道平均直径为3nm。
将多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉粉体的按比例为5:95混合，得到无机粉体组合物，其中熔融石英粉的中位粒度为1.0um，比表面积为8.9m2/g。
取650g基底漆加入高速剪切机中，开始搅拌，搅拌速度500r/min，缓慢加入350g无机粉体组合物，加入完毕后，调整转速至1000r/min，搅拌30min，得到分散好的消光漆，将此漆沉积在黑色玻璃盘上沉积成40um的湿膜，80℃烘干24h，测光泽度。
实施例2
多孔二氧化硅粉体的制备：
步骤(1)：向水中加入纳米二氧化硅，并搅拌，开启加热至温度80℃，得到混合后的浆料；
步骤(2)：调整浆料pH值至1；
步骤(3)：边搅拌边加入偶联剂，反应8h，得到反应产物；
步骤(4)：反应产物经离子清洗、过滤、干燥、粉碎得到本发明的多孔二氧化硅粉体；
反应物料的用量按质量计算比例为，水：纳米二氧化硅：偶联剂＝100:15:6。其中纳米二氧化硅粒径为5nm，偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
得到多孔二氧化硅粉体的中位粒度为6.0um，比表面积为220m2/g，通过BJH法(脱附法)对孔道直径分析，孔道平均直径为2nm。
将多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉粉体的按比例20:80混合，得到无机粉体组合物，其中熔融石英粉的中位粒度为0.8um，比表面积为9.8m2/g。
取650g基底漆加入高速剪切机中，开始搅拌，搅拌速度500r/min，缓慢加入350g粉体组合物，加入完毕后，调整转速至1000r/min，搅拌30min，得到分散好的消光漆，将此漆沉积在黑色玻璃盘上沉积成40um的湿膜，80℃烘干24h，测光泽度。
实施例3
多孔二氧化硅粉体的制备：
步骤(1)：向水中加入纳米二氧化硅，并搅拌，开启加热至温度80℃，得到混合后的浆料；
步骤(2)：调整浆料pH值至1；
步骤(3)：边搅拌边加入偶联剂，反应8h，得到反应产物；
步骤(4)：反应产物经离子清洗、过滤、干燥、粉碎得到本发明的多孔二氧化硅粉体；
反应物料的用量按质量计算比例为，水：纳米二氧化硅：偶联剂＝100:10:4。其中纳米二氧化硅粒径为5nm，偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
得到的多孔二氧化硅粉体的中位粒度为3.0um，比表面积为180m2/g，通过BJH法(脱附法)对孔道直径分析，孔道平均直径为2.5nm。
将多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉体分别用甲基三甲氧基硅烷偶联剂改性，改性方法为：将粉体加入高速搅拌机，加入占粉体重量2％的改性剂，高速搅拌10min。将改性后的两种粉体按比例20:80混合，得到改性后无机粉体组合物，其中熔融石英粉的中位粒度为0.8um，比表面积为9.8m2/g。
取650g基底漆加入高速剪切机中，开始搅拌，搅拌速度500r/min，缓慢加入350g粉体组合物，加入完毕后，调整转速至1000r/min，搅拌30min，得到分散好的消光漆，将此漆沉积在黑色玻璃盘上沉积成40um的湿膜，80℃烘干24h，测光泽度。
对比例1
取650g基底漆加入高速剪切机中，开始搅拌，搅拌速度500r/min，缓慢加入350g常规消光剂结晶石英粉，石英粉的中位粒度为3.0um，比表面积为7.2m2/g，粉体加入完毕，调整转速至1000r/min，搅拌30min，得到分散好的消光漆，将此漆沉积在黑色玻璃盘上沉积成40um的湿膜，80℃烘干24h，测光泽度。
对比例2
将常规消光剂结晶石英粉用甲基三甲氧基硅烷偶联剂改性。改性方法为：将粉体加入高速搅拌机，加入占粉体重量2％的改性剂，高速搅拌10min。取650g基底漆加入高速剪切机中，开始搅拌，搅拌速度500r/min，缓慢加入350g改性后的结晶石英粉，结晶石英粉的中位粒度为3.0um，比表面积为7.2m2/g，，改性后参数如表1，粉体加入完毕，调整转速至1000r/min，搅拌30min，得到分散好的消光漆，将此漆沉积在黑色玻璃盘上沉积成40um的湿膜，80℃烘干24h，测光泽度。
表1
Figure BDA0002537527990000061
Figure BDA0002537527990000071
“-”：表示不适用。
从表1可以看出，本发明的无机粉体组合物将底漆的光泽度(60°)由61.7降到3.2-4.1，具有明显的调节光泽度的作用；与市售的普通结晶石英粉相比，由28.8降到3.2-4.1，降幅超过80％，说明消光效果优于常规消光剂结晶石英粉；并且经硅烷偶联剂改性后光泽度进一步的降低，说明通过改性可以调节粉体与体系的相容性。从表1中还可以看出，本发明的无机粉体组合物还具有明显的抗垂流性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：由多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉组成，所述多孔二氧化硅粉体由纳米二氧化硅聚集构成，纳米二氧化硅之间通过化学键连接，形成孔道互穿结构。
2.根据权利要求1所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述无机粉体组合物的比表面积为1-200m2/g；吸油值为10-100g/100g。
3.根据权利要求1所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述多孔二氧化硅粉体和熔融石英粉体的重量比为1:100-10:1。
4.根据权利要求1所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述多孔二氧化硅粉体的中位粒度为1-10μm，比表面积为150-300m2/g，孔道直径为2-3nm。
5.根据权利要求1所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述熔融石英粉的粒度分布窄，纯度高，中位粒度控制在0.1-10μm，比表面积为0.5-50m2/g。
6.根据权利要求1所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述多孔二氧化硅粉体的制备方法，具体步骤如下：
步骤(1)：向水中加入纳米二氧化硅，并搅拌，开启加热至温度40-80℃，得到混合后的浆料；
步骤(2)：调整浆料pH值至1-5；
步骤(3)：边搅拌边加入偶联剂，反应8-20h，得到反应产物；
步骤(4)：反应产物经离子清洗、过滤、干燥、粉碎，得到多孔二氧化硅粉体。
7.根据权利要求6所述的光泽度可调消光用无机粉体组合物，其特征在于：所述水、纳米二氧化硅、偶联剂的质量比为100:(5-15):(1-6)；所述纳米二氧化硅的粒径为5-50nm；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
8.权利要求1-7任意一项制备的无机粉体组合物在聚合物基复合材料领域中的应用，应用体系包括但不限于油漆、涂料和油墨。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述无机粉体组合物经硅烷偶联剂处理。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括但不限于甲基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、氨基硅烷、苯氨基硅烷、环氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷。
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