CN112760030A

CN112760030A - 耐磨高强型涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN112760030A
Application number: CN202110138033.2A
Authority: CN
Inventors: 李翠芝
Original assignee: Ningbo Gechuang New Material Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Xianglong Building Materials Co ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: CN112760030B

Abstract

本申请公开了一种耐磨高强型涂料及其制备方法，耐磨高强型涂料包括下列重量份物质：20～30份聚醚砜酮、6～8份耐磨填料、0.3～0.5份分散剂、0.2～0.5份消泡剂、0.2～0.5份流平剂和100～120份N‑甲基吡咯烷酮；所述耐磨填料包括粒径0.25‑0.30μm，孔隙率为68～85％的多孔碳化硅颗粒。本申请在涂料中添加了耐磨填料，改善聚醚砜涂料的耐磨性能，同时本申请技术方案在耐磨填料中添加了多孔碳化硅材料，多孔结构的碳化硅由于具有良好的比表面积，同时硬度较大，能有效负载并填充在涂层表面，从而形成良好的分散颗粒结构，改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能。

Description

耐磨高强型涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及涂料材料领域，更具体地说，涉及一种耐磨高强型涂料及其制备方法。

背景技术

聚合物的磨损机理主要有以下三种：粘着磨损，磨粒磨损和疲劳磨损。如果对磨材料表面比较光滑，那么界面上将产生粘着磨损：许多聚合物的磨损首先是聚合物由复合材料向硬表面转移，然后转移膜被剥落为磨粒，在磨合初期，这种转移和剥离达到稳定状态；如果聚合物与粗糙表面产生滑动摩擦，那么磨粒磨损就是主要的摩擦机理；疲劳磨损出现于硬质聚合物与平滑表面的摩擦，此时聚合物的微凸体主要产生弹性形变，过量的弹性变形容易引发裂纹，裂纹的扩展和交错产生磨粒。

聚四氟乙烯填充的聚醚砜基不粘涂料具有优异的热稳定性、耐腐蚀性和较好的机械性能，并且聚醚砜还与铁、铝等金属有较好的附着力，目前聚醚砜基不粘涂料已广泛应用于厨房用具、家用电器、轻工五金、工业模具、塑胶机械等行业。但聚醚砜树脂有一个比较大的缺点，就是聚醚砜树脂的耐摩擦性能比较差，摩擦损耗比较大，特别是在向聚醚砜涂料中添加了具有疏水和防腐性能的聚四氟乙烯以后，聚醚砜涂料的硬度下降，磨损进一步增大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明提供一种耐磨高强型涂料，该耐磨高强型涂料体系耐磨性能优异，具有良好的附着性能。

本发明还提供一种耐磨高强型涂料的制备方法，该制备方法制备步骤简单，提高了制备的效率。

根据本发明第一方面实施例的耐磨高强型涂料，包括下列重量份物质：20～30份聚醚砜酮、6～8份耐磨填料、0.3～0.5份分散剂、0.2～0.5份消泡剂、0.2～0.5份流平剂和100～120份N-甲基吡咯烷酮；所述耐磨填料包括粒径0.25-0.30μm，孔隙率为68～85％的多孔碳化硅颗粒。

根据本发明实施例在涂料中添加了耐磨填料，改善聚醚砜涂料的耐磨性能，同时本申请技术方案在耐磨填料中添加了多孔碳化硅材料，多孔结构的碳化硅由于具有良好的比表面积，同时硬度较大，能有效负载并填充在涂层表面，从而形成良好的分散颗粒结构，改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能。

根据本发明实施例的耐磨高强型涂料还可以具有以下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述耐磨填料包括下列重量份物质：10～15份纳米二氧化硅颗粒、35～40份多孔碳化硅颗粒和6～8份纳米氧化铝颗粒。

根据本发明的一个实施例，所述耐磨填料表面设有包覆层，所述包覆层包括：45～50份无水乙醇、10～15份硅溶胶和3～5份硅烷偶联剂。

根据本发明的一个实施例，所述耐磨高强型涂料还包括重量份为6～8份的硅溶胶，所述硅溶胶固含量为15％。

根据本发明的一个实施例，所述耐磨填料采用下列方案制成：

(1)先按配方将硅烷偶联剂、无水乙醇和硅溶胶搅拌混合，收集搅拌混合液；

(2)再按配方将纳米二氧化硅颗粒、多孔碳化硅颗粒和纳米氧化铝颗粒搅拌混合并收集混合填料颗粒；

(3)按质量比1:8，将混合填料颗粒添加至混合液中，加压静置处理，再在65～72℃下保温保压干燥，得耐磨填料。

根据本发明的一个实施例，所述加压静置处理压强为0.5～0.8MPa。

根据本发明第二方面实施例的耐磨高强型涂料的制备方法，具体制备步骤包括：S1、按配方先分别称量聚醚砜酮、耐磨填料、分散剂、消泡剂、流平剂、N-甲基吡咯烷酮和硅溶胶，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液；S2、再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过筛网并收集分散浆液；S3、将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置6～8h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

根据本发明的一个实施例，步骤S2所述的筛网孔径为0.25～0.28μm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的耐磨高强型涂料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图具体描述根据本发明实施例的耐磨高强型涂料及其制备方法。

首先，根据本发明实施例的耐磨高强型涂料包括下列重量份物质：20～30份聚醚砜酮、6～8份耐磨填料、0.3～0.5份分散剂、0.2～0.5份消泡剂、0.2～0.5份流平剂和100～120份N-甲基吡咯烷酮；所述耐磨填料包括粒径0.25-0.30μm，孔隙率为68～85％的多孔碳化硅颗粒。

由此，根据本发明实施例在涂料中添加了耐磨填料，改善聚醚砜涂料的耐磨性能，同时本申请技术方案在耐磨填料中添加了多孔碳化硅材料，多孔结构的碳化硅由于具有良好的比表面积，同时硬度较大，能有效负载并填充在涂层表面，从而形成良好的分散颗粒结构，改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能。

通过采用上述技术方案，本申请采用不同纳米氧化铝和纳米二氧化硅材料为改性填料，由于纳米颗粒的小尺寸效应，其与基体界面粘接作用加强，使得涂层受力时有利于应力传递，且纳米材料表面严重的配位不足，表现出极强活性，进一步促进了树脂的交联反应，提高了分子间的键力，同时使涂层致密且耐磨性提高，在复配多孔碳化硅，有效使填料颗粒有效负载并分散，从而进一步改善了耐磨高强型涂料的力学性能和耐磨性能。

在本发明的一些具体实施方式中，所述耐磨填料表面设有包覆层，所述包覆层包括：45～50份无水乙醇、10～15份硅溶胶和3～5份硅烷偶联剂。

由此，通过在耐磨填料表面进行包覆改性，有效改善了采用耐磨填料与基体树脂之间的相容性，通过改善了基体树脂与耐磨填料之间的结合强度，防止填料与基体树脂之间由于结合强度不高导致涂料耐磨性能下降的问题，同时本申请技术方案通过硅烷偶联剂和硅溶胶作为粘结层，从而从内部结构方面改善了耐磨填料与基体树脂之间的结合性能，进一步提高了耐磨涂层的抗磨损性能。

进一步地，所述耐磨高强型涂料还包括重量份为6～8份的硅溶胶，所述硅溶胶固含量为15％。

通过采用上述技术方案，由于本申请在耐磨涂料中添加硅溶胶，SiO₂分子中的-OH以不同形式存在，在与基体树脂组成的复合材料时，改善涂膜的性能，纳米SiO₂在改善涂膜抗老化性能、涂膜表面光洁度等方面也有良好的效果，同时本申请优化了二氧化硅溶胶的固含量，防止二氧化硅溶胶含量过高出现部分团聚的问题，也改善固含量过低降低材料结构性能的缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述耐磨填料采用下列方案制成：(1)先按配方将硅烷偶联剂、无水乙醇和硅溶胶搅拌混合，收集搅拌混合液；(2)再按配方将纳米二氧化硅颗粒、多孔碳化硅颗粒和纳米氧化铝颗粒搅拌混合并收集混合填料颗粒；(3)按质量比1:8，将混合填料颗粒添加至混合液中，加压静置处理，再在65～72℃下保温保压干燥，得耐磨填料。

由此，通过加压静置处理，提高硅溶胶对耐磨填料中多孔碳化硅材料孔隙的渗透性能，从而有效改善其深入填充的程度，有效改善涂料的耐磨性能。

第二方面，本申请提供耐磨高强型涂料的制备方法，其特征在于，所述制备步骤包括：S1、按配方先分别称量聚醚砜酮、耐磨填料、分散剂、消泡剂、流平剂、N-甲基吡咯烷酮和硅溶胶，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液；S2、再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过筛网并收集分散浆液；S3、将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置6～8h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

由此，本申请对耐磨高强涂料进行有效的筛分，防止颗粒不均导致涂层表面平整度欠佳降低了涂膜材料的性能，通过筛选均匀的涂层，从而进一步改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能。

总而言之，在涂料中添加了耐磨填料，改善聚醚砜涂料的耐磨性能，同时本申请技术方案在耐磨填料中添加了多孔碳化硅材料，多孔结构的碳化硅由于具有良好的比表面积，同时硬度较大，能有效负载并填充在涂层表面，从而形成良好的分散颗粒结构，改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能；

同时，本申请采用不同纳米氧化铝和纳米二氧化硅材料为改性填料，由于纳米颗粒的小尺寸效应，其与基体界面粘接作用加强，使得涂层受力时有利于应力传递，且纳米材料表面严重的配位不足，表现出极强活性，进一步促进了树脂的交联反应，提高了分子间的键力，同时使涂层致密且耐磨性提高，在复配多孔碳化硅，有效使填料颗粒有效负载并分散，从而进一步改善了耐磨高强型涂料的力学性能和耐磨性能。

下面结合具体实施例对本发明实施例的耐磨高强型涂料及其制备方法进行详细说明。

实施例1

取粒径0.25μm，孔隙率为68％的多孔碳化硅颗粒并用丙酮冲洗3次，自然晾干并将其添加至质量分数10％硅烷偶联剂KH-550/乙醇混合液中，静置6h后，再在45℃下干燥3～5h，收集多孔碳化硅颗粒，按重量份数计，分别称量10份纳米二氧化硅颗粒、35份多孔碳化硅颗粒和6份纳米氧化铝颗粒，搅拌混合收集得混合填料颗粒，按质量比1：8，将混合填料颗添加至固含量15％的二氧化硅溶胶中，在0.5MPa下静置3h后，收集浸渍填料颗粒并置于75℃下保温干燥3h，得耐磨填料颗粒；

按重量份数计，分别称量20份聚醚砜酮、6份耐磨填料、0.3份分散剂、0.2份消泡剂、0.2份流平剂和100份N-甲基吡咯烷酮，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液，再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过0.25μm孔径的筛网并收集分散浆液，最后将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置6h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

实施例2

取粒径0.28μm，孔隙率为72％的多孔碳化硅颗粒并用丙酮冲洗4次，自然晾干并将其添加至质量分数10％硅烷偶联剂KH-550/乙醇混合液中，静置6～8h后，再在47℃下干燥4h，收集多孔碳化硅颗粒，按重量份数计，分别称量12份纳米二氧化硅颗粒、37份多孔碳化硅颗粒和7份纳米氧化铝颗粒，搅拌混合收集得混合填料颗粒，按质量比1：9，将混合填料颗添加至固含量15％的二氧化硅溶胶中，在0.6MPa下静置4h后，收集浸渍填料颗粒并置于77℃下保温干燥4h，得耐磨填料颗粒；

按重量份数计，分别称量25份聚醚砜酮、7份耐磨填料、0.4份分散剂、0.3份消泡剂、0.3份流平剂和110份N-甲基吡咯烷酮，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液，再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过0.27μm孔径的筛网并收集分散浆液，最后将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置7h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

实施例3

取粒径0.30μm，孔隙率为85％的多孔碳化硅颗粒并用丙酮冲洗5次，自然晾干并将其添加至质量分数10％硅烷偶联剂KH-550/乙醇混合液中，静置8h后，再在50℃下干燥5h，收集多孔碳化硅颗粒，按重量份数计，分别称量15份纳米二氧化硅颗粒、40份多孔碳化硅颗粒和8份纳米氧化铝颗粒，搅拌混合收集得混合填料颗粒，按质量比1：10，将混合填料颗添加至固含量15％的二氧化硅溶胶中，在0.8MPa下静置5h后，收集浸渍填料颗粒并置于80℃下保温干燥5h，得耐磨填料颗粒；

按重量份数计，分别称量30份聚醚砜酮、8份耐磨填料、0.5份分散剂、0.5份消泡剂、0.5份流平剂和120份N-甲基吡咯烷酮，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液，再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过0.28μm孔径的筛网并收集分散浆液，最后将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置8h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

实施例4

实施例4中不添加硅溶胶，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。

对比例

对比例1

对比例1中采用纯碳化硅颗粒，以代替实施例1中的耐磨填料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。

对比例2

对比例2中采用二氧化钛溶胶，以代替实施例1中的等质量的硅溶胶，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。

对比例3

对比例3中在制备耐磨填料时，其表面不设置包覆层，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。

性能检测试验

分别对实施例1～4和对比例1～3进行性能测试，对实施例1～4和对比例1～3制备的涂料的硬度、耐冲击性和耐磨性进行测试。

硬度：参考国家标准GB/T6739《漆膜铅笔硬度测定法》，使用广州标格达公司的硬度测试铅笔测试涂层硬度。

耐冲击：参考国家标准GB/T20624.1《漆膜耐冲击测定法》，测试涂层耐冲击性。

耐磨性：使用广州标格达公司生产的万能耐磨仪测试涂层的磨损。将喷有涂层的钢板固定于重锤的下方，重锤与涂层之间垫有工业百洁布，测试时重锤带动工业百洁布以1Hz的频率沿直线反复滑动，滑动距离是cm，其摩擦形式为粗糙的摩擦平面与涂层表面之间的摩擦，本论文选定的测试条件为1.5kg砝码，反复1000次磨损，通过测试磨损前后的涂层的质量差来表征涂层磨损的严重程度。每个样品测5个数据，其平均值作为样品的磨损值。

具体检测结果如下表表1所示：

表1性能检测表

参考表1性能检测对比可以发现：

(1)将实施例1～3直接进行性能对比，实施例1～3中实施例2中的硬度、耐冲击性和耐磨性能均十分优异，说明本申请技术方案实施例2中采用的配比最为合理，同时也说明了在涂料中添加了耐磨填料，改善聚醚砜涂料的耐磨性能，同时本申请技术方案在耐磨填料中添加了多孔碳化硅材料，多孔结构的碳化硅由于具有良好的比表面积，同时硬度较大，能有效负载并填充在涂层表面，从而形成良好的分散颗粒结构，改善聚醚砜涂料的耐磨损性能和负载强度，从而扩大耐磨涂料的使用性能。

(2)将实施例1和实施例4进行对比，结合表1数据可以发现，表1中实施例4中的硬度、耐磨性和强度有所降低，这说明本申请在耐磨涂料中添加硅溶胶，SiO₂分子中的-OH以不同形式存在，在与基体树脂组成的复合材料时，改善涂膜的性能，纳米SiO₂在改善涂膜抗老化性能、涂膜表面光洁度等方面也有良好的效果，同时本申请优化了二氧化硅溶胶的固含量，防止二氧化硅溶胶含量过高出现部分团聚的问题，也改善固含量过低降低材料结构性能的缺陷。

(3)将实施例1和对比例1进行对比，结合表1数据可以发现，表1中对比例1中的硬度、耐磨性和强度有所降低，结合对比例1，这说明本申请用不同纳米氧化铝和纳米二氧化硅材料为改性填料，由于纳米颗粒的小尺寸效应，其与基体界面粘接作用加强，使得涂层受力时有利于应力传递，且纳米材料表面严重的配位不足，表现出极强活性，进一步促进了树脂的交联反应，提高了分子间的键力，同时使涂层致密且耐磨性提高，在复配多孔碳化硅，有效使填料颗粒有效负载并分散，从而进一步改善了耐磨高强型涂料的力学性能和耐磨性能。

(4)将本申请技术方案实施例1和对比例2进行对比，表1中对比例2中技术方案的硬度、耐磨性和强度有所降低，说明本申请在耐磨涂料中添加硅溶胶，才能改善固含量过低降低材料结构性能的缺陷。

(5)将本申请技术方案实施例1和对比例3进行对比，表1中对比例3中技术方案的硬度、耐磨性和强度有所降低，说明本申请在耐磨填料表面进行包覆改性，有效改善了采用耐磨填料与基体树脂之间的相容性，通过改善了基体树脂与耐磨填料之间的结合强度，防止填料与基体树脂之间由于结合强度不高导致涂料耐磨性能下降的问题，同时本申请技术方案通过硅烷偶联剂和硅溶胶作为粘结层，从而从内部结构方面改善了耐磨填料与基体树脂之间的结合性能，进一步提高了耐磨涂层的抗磨损性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种耐磨高强型涂料，其特征在于，所述耐磨高强型涂料包括下列重量份物质：

所述耐磨填料包括粒径0.25-0.30μm，孔隙率为68～85％的多孔碳化硅颗粒。

2.根据权利要求1所述的耐磨高强型涂料，其特征在于，所述耐磨填料包括下列重量份物质：10～15份纳米二氧化硅颗粒、35～40份多孔碳化硅颗粒和6～8份纳米氧化铝颗粒。

3.根据权利要求2所述的耐磨高强型涂料，其特征在于，所述耐磨填料表面设有包覆层，所述包覆层包括：45～50份无水乙醇、10～15份硅溶胶和3～5份硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1所述的耐磨高强型涂料，其特征在于，所述耐磨高强型涂料还包括重量份为6～8份的硅溶胶，所述硅溶胶固含量为15％。

5.根据权利要求4所述的耐磨高强型涂料，其特征在于，所述耐磨填料采用下列方案制成：

6.根据权利要求5所述的耐磨高强型涂料，其特征在于，所述加压静置处理压强为0.5～0.8MPa。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的耐磨高强型涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按配方先分别称量聚醚砜酮、耐磨填料、分散剂、消泡剂、流平剂、N-甲基吡咯烷酮和硅溶胶，先将聚醚砜酮与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合，收集混合液，得基体液；

S2、再将耐磨填料和基体液搅拌混合并研磨分散，过筛网并收集分散浆液；

S3、将分散浆液与分散剂、消泡剂和流平剂搅拌混合并静置6～8h，即可制备得所述耐磨高强型涂料。

8.根据权利要求7所述的耐磨高强型涂料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的筛网孔径为0.25～0.28μm。