CN112048203A - 一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陶瓷涂料，尤其涉及一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料及其制备和使用方法。一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，包括：100份莫来石胶体分散液，1.5‑3份十八烷基三乙氧基硅烷，20‑30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5‑1份润湿分散剂，2‑5份去离子水。本发明的有益效果是：适合各种涂覆方式，制备过程无有机溶剂、无VOC排放，是一种绿色环保涂层材料，室温‑100℃固化，对金属附着力好，可完全取代镀锌防腐工艺。

Description

一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及陶瓷涂料，尤其涉及一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料及 其制备和使用方法。
背景技术
陶瓷涂料作为一种含有有机、无机成分的新型涂料，具有高硬度、耐 磨、疏水疏油、柔韧好、抗冲击、耐候性优异等特点。陶瓷涂料因其各方 面性能均较为突出，被应用广泛于不粘锅、汽车排气管、铝幕墙、化学储 罐工业和生活等领域。水性耐高温柔性陶瓷涂料是近几年来国际材料保护 领域的研究热点，具有绿色环保、无VOC排放、抗划伤、防腐蚀等优点。 水性陶瓷涂料以纳米无机化合物、粘结剂为主要成分，添加其余助剂并以 水为分散质制得，涂装后通过经过低温加热方式固化，十分环保。然而目 前市场上制备的水性陶瓷涂料步骤工艺复杂、中间制备环节还是会用到有 机溶剂，制备工艺有待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种 水性耐高温柔性陶瓷涂层材料及其制备和使用方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，包括：100份莫来石胶体分散液， 1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘 黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水。
一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
采用球磨机研磨莫来石粉和20wt％氢氧化钠碱液的混合物，24小时；
用离子水水洗去除残留的氢氧化钠；
用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含有活性羟基的莫来石 粉水分散液；
称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30 份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去 离子水，利用高速分散机，以5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高 温柔性陶瓷涂料。
根据上述技术方案，优选地，准确称取一定量的莫来石粉和20wt％氢 氧化钠碱液，混合后采用球磨机研磨24h，然后用去离子水进行水洗去除 残留的氢氧化钠，随后采用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含 有活性羟基的莫来石粉水分散液，备用。称取100份莫来石胶体分散液， 1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘 黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水，利用高速分散机，以 5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
根据上述技术方案，优选地，所述莫来石粉为6000-10000目，硅酸 铝含量99.5％。
根据上述技术方案，优选地，所述氢氧化钠的纯度99.8％。
根据上述技术方案，优选地，所述纳米二氧化钛的粒径30-50nm，纯 度≥99.9％。
根据上述技术方案，优选地，润湿分散为NP-717T剂型号的乙烯醇/ 丙烯酸钠共聚物。
一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的使用方法，包括权利要求1所述 的水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，包括以下步骤：
涂料使用前，搅拌均匀；
用100-150目的不锈钢过滤网过滤，过滤后的涂料，需立即施工；
选用喷嘴直径为1.5-2mm的喷枪，喷涂压力0.2-0.3MPa，喷涂时控制 喷嘴与基材的距离保持在15-30cm之间；
室温下干燥和固化。
根据上述技术方案，优选地，在20℃下表面干燥小于30分钟，固化 7天。
根据上述技术方案，优选地，涂料使用过程中应用盖子盖好盛放涂料 的容器，密封使用及储存；混合后的未使用完的涂料应密封保存；喷涂及 返喷喷涂时均须将工件表面喷涂润湿。
本发明的有益效果是：适合各种涂覆方式，制备过程无有机溶剂、无 VOC排放，是一种绿色环保涂层材料，室温-100℃固化，对金属附着力好， 可完全取代镀锌防腐工艺。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面 结合最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，包括：100份莫来石胶体 分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体， 0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水。
一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
采用球磨机研磨莫来石粉和20wt％氢氧化钠碱液的混合物，24小时；
用离子水水洗去除残留的氢氧化钠；
用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含有活性羟基的莫来石 粉水分散液；
称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30 份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去 离子水，利用高速分散机，以5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高 温柔性陶瓷涂料。
根据上述技术方案，优选地，准确称取一定量的莫来石粉和20wt％氢 氧化钠碱液，混合后采用球磨机研磨24h，然后用去离子水进行水洗去除 残留的氢氧化钠，随后采用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含 有活性羟基的莫来石粉水分散液，备用。称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘 黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水，利用高速分散机，以 5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
根据上述技术方案，优选地，所述莫来石粉为6000-10000目，硅酸 铝含量99.5％。
根据上述技术方案，优选地，所述氢氧化钠的纯度99.8％。
根据上述技术方案，优选地，所述纳米二氧化钛的粒径30-50nm，纯 度≥99.9％。
根据上述技术方案，优选地，润湿分散为NP-717T剂型号的乙烯醇/ 丙烯酸钠共聚物。
一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的使用方法，包括权利要求1所述 的水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，包括以下步骤：
涂料使用前，搅拌均匀；
用100-150目的不锈钢过滤网过滤，过滤后的涂料，需立即施工；
选用喷嘴直径为1.5-2mm的喷枪，喷涂压力0.2-0.3MPa，喷涂时控制 喷嘴与基材的距离保持在15-30cm之间；
室温下干燥和固化。
根据上述技术方案，优选地，在20℃下表面干燥小于30分钟，固化 7天。
根据上述技术方案，优选地，涂料使用过程中应用盖子盖好盛放涂料 的容器，密封使用及储存；混合后的未使用完的涂料应密封保存；喷涂及 返喷喷涂时均须将工件表面喷涂润湿。
主要原料
上述实施例中的莫来石粉：天然的莫来石晶体为细长的针状且呈放射 簇状。莫来石矿被用来生产高温耐火材料。在C/C复合材料中多作为热障 涂层，应用广泛。莫来石Al2O3-SiO2元系中常压下稳定的二元固溶体，化 学式为3Al2O3·2SiO2。该物质熔点可达1850℃，使用温度可为1800℃。 天然莫来石非常少，通常烧结法或电熔法等人工合成。其中普通电熔莫来 石粉含有71.7％Al2O3，SiO2含量约22.2％，TiO2含量约2.81％以及其他金属氧化物。
上述实施例中的纳米二氧化钛：纳米级二氧化钛，亦称钛白粉。直径 在100nm以下，产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗 老化性能，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶 瓷等领域。
纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型。金红石型二 氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及 折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分 的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力 比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化 钛可转化为金红石型二氧化钛。
实施例一
本实施例首先利用氢氧化钠对天然莫来石粉进行处理，使莫来石粉表 面带有-ONa取代基团；然后采用离子交换树脂除去Na+离子，水分散液成 胶体状，莫来石粉体表面引入大量的羟基活性基团，并以此类羟基基团为 活性点位，采用有机硅化合物(优选如十八烷基三乙氧基硅烷)进行缩合 反应，对莫来石粉进行改性。另外添加具有耐老化、高硬度等性能的纳米 二氧化钛(优选粒径为30-50nm)作为填料，以及润湿分散助剂(优选如 乙烯醇/丙烯酸钠共聚物)和颜料，制备出具有优异耐热性能和抗划伤性 能的环保型陶瓷涂料。
本实施例采用如下原料：莫来石粉，6000-1000目，硅酸铝含量99.5％； 氢氧化钠，纯度99.8％；纳米二氧化钛，粒径30-50nm，纯度≥99.9％；绝 缘黑染料，润湿分散剂NP-717T。
反应步骤条件：准确称取一定量的莫来石粉和20wt％氢氧化钠碱液， 混合后采用球磨机研磨24h，然后用去离子水进行水洗去除残留的氢氧化 钠，随后采用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含有活性羟基的 莫来石粉水分散液，备用。称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八 烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1 份润湿分散剂，2-5份去离子水，利用高速分散机，以5000r/min充分搅 拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
组分名称和含量：100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙 氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿 分散剂，2-5份去离子水。
组分之间的结构关系：莫来石粉通过碱液、离子交换等工艺处理后， 表面含有活性羟基基团，该活性基团可以与有机硅氧烷水解后的硅羟基发 生缩合反应，使得莫来石胶体分散液带有耐热性优异的Si-O-Si化学键， 进一步增强胶体耐热性。纳米二氧化钛作为填料引入胶体分散液中，因其 本身具有优异的硬度和抗老化性，因此进一步赋予了莫来石胶体分散液优 良的抗划伤和抗老化性能。而润湿分散剂的加入使得纳米二氧化钛在水性涂料体系中具有良好的分散稳定性。
实施例二
在实施例一的基础上，优选地，准确称取200g的莫来石粉和60g的 20wt％氢氧化钠碱液，混合后采用球磨机研磨24h，然后用去离子水进行水 洗去除残留的氢氧化钠，随后采用离子交换树脂去除产物中的Na离子， 得到含有活性羟基的莫来石粉水分散液，备用。称取100g莫来石胶体分 散液，3g十八烷基三乙氧基硅烷，25g纳米二氧化钛粉体，0.3g绝缘黑染 料，0.8g份润湿分散剂，4g去离子水，利用高速分散机，以5000r/min 充分搅拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
实施例三
本涂料的使用方法：
1、基材表面处理
在喷砂基材表面上直接喷涂。
2、涂料的准备
(1)分散：涂料使用前，搅拌均匀。
(2)过滤：用#100-150的不锈钢过滤网过滤，过滤后的涂料，需立即施 工。
备注：喷涂设备使用前，需要彻底清洗相关设备。推荐清洗工艺如下：
A.使用与原涂料配套的稀释剂或水彻底清洗设备，去除里面残留的 涂料及残渣。
B.使用工业酒精或其他极性溶剂反复清洗设备。(采用工业酒精或其 他醚类溶剂清洗2个循环)
3、涂料的喷涂
选用喷嘴直径为1.5-2mm的喷枪，喷涂压力0.2-0.3MPa(2-3kg/cm2)， 喷涂时控制喷嘴与基材的距离保持在15-30cm之间；喷涂完后用工业酒精 洗枪。
4、干燥及固化
室温下干燥和固化，表干时间：<30分钟(20℃),固化7天。
注意事项：
1、工作场所必须通风良好。
2、涂料使用过程中应用盖子盖好盛放涂料的容器，密封使用及储存。
3、混合后的涂料对湿气敏感，因此未使用完的涂料应密封保存，保存不 当，可能会出现表面结膜的现象。
4、正常喷涂及返喷喷涂时均须将工件表面喷涂润湿，不可出现发干现象。 上述实施例的有益效果：
光泽:半光；
有效成份:>80％；
干膜厚度：60-80μm；
理论涂布率:0.12-0.15kg/m2@80μm干膜厚度；
表干时间:<30min(20℃)；
完全固化时间：7天(自然室温条件下)。 技术测试方法和效果：
Figure BDA0002685629870000081
Figure BDA0002685629870000082
Figure BDA0002685629870000091
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，其特征在于，包括：100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水。
2.一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
采用球磨机研磨莫来石粉和20wt％氢氧化钠碱液的混合物，24小时；
用离子水水洗去除残留的氢氧化钠；
用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含有活性羟基的莫来石粉水分散液；
称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水，利用高速分散机，以5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
3.根据权利要求2所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：准确称取一定量的莫来石粉和20wt％氢氧化钠碱液，混合后采用球磨机研磨24h，然后用去离子水进行水洗去除残留的氢氧化钠，随后采用离子交换树脂去除产物中的Na离子，得到含有活性羟基的莫来石粉水分散液，备用。称取100份莫来石胶体分散液，1.5-3份十八烷基三乙氧基硅烷，20-30份纳米二氧化钛粉体，0.3份绝缘黑染料，0.5-1份润湿分散剂，2-5份去离子水，利用高速分散机，以5000r/min充分搅拌30min，得到水性耐高温柔性陶瓷涂料。
4.根据权利要求2或3所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述莫来石粉为6000-10000目，硅酸铝含量99.5％。
5.根据权利要求2或3所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠的纯度99.8％。
6.根据权利要求2或3所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛的粒径30-50nm，纯度≥99.9％。
7.根据权利要求2或3所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：润湿分散为NP-717T剂型号的乙烯醇/丙烯酸钠共聚物。
8.一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的使用方法，包括权利要求1所述的水性耐高温柔性陶瓷涂层材料，其特征在于包括以下步骤：
涂料使用前，搅拌均匀；
用100-150目的不锈钢过滤网过滤，过滤后的涂料，需立即施工；
选用喷嘴直径为1.5-2mm的喷枪，喷涂压力0.2-0.3MPa，喷涂时控制喷嘴与基材的距离保持在15-30cm之间；
室温下干燥和固化。
9.根据权利要求8所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的使用方法，其特征在于：在20℃下表面干燥小于30分钟，固化7天。
10.根据权利要求8所述的一种水性耐高温柔性陶瓷涂层材料的使用方法，其特征在于：涂料使用过程中应用盖子盖好盛放涂料的容器，密封使用及储存；混合后的未使用完的涂料应密封保存；喷涂及返喷喷涂时均须将工件表面喷涂润湿。
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