CN113956694A - 一种特氟龙涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于防腐涂层技术领域，具体涉及一种特氟龙涂层及其制备方法，特氟龙涂层包括如下重量份的各组分：特氟龙40‑60份、丙烯酸酯类单体10‑20份、改性纳米粒子15‑25份、抗静电剂2‑6份、消泡剂0.5‑2份、分散剂0.5‑2份、流平剂1‑5份、水45‑60份。本申请的特氟龙涂层中添加有抗静电剂，抗静电剂的添加可以有效减少特氟龙涂层表面的静电积聚，避免因静电积聚而妨碍生产，影响产品质量，损坏电子设备，甚至造成事故等。

Description

一种特氟龙涂层及其制备方法
技术领域
本申请属于防腐涂层技术领域，具体涉及一种特氟龙涂层及其制备方法。
背景技术
人类文明的发展和社会的进步与金属材料密切相关，继石器时代之后出现的铜器时代和铁器时代均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。其中，钢铁是基本的结构材料，被称为“工业的骨骼”。由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料逐渐得到广泛的应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位依然是难以取代的。但金属材料在使用过程中面临的一个重大问题就是金属的腐蚀，金属腐蚀是指金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质，一旦发生金属腐蚀，会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化金属材料的电学性能和光电性能等，缩短设备的使用寿命，严重者甚至会造成火灾、爆炸等灾难性事故。
特氟龙是聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)的别称，具有优良的化学稳定性、润滑性、不粘性、电绝缘新、耐老化性、热稳定性、超疏水性等，而且由于氧化、氯化等反应无法破坏C-F共价键，且C-C共价键通常处于C-F共价键的保护之中，使其他原子很难接近C-C共价键，聚四氟乙烯不会与绝大多数已知的化学试剂、强酸强碱、水和各种有机溶剂反应，具有非常好的耐腐蚀性能。因此，为了提高金属材料的防腐性能，通常会在金属表面涂覆一层特氟龙涂层。
但是，由于特氟龙本身优异的电绝缘性能，使得特氟龙制品带有静电，而且静电电压非常高，可能高达几万伏之多。如此高的静电很容易发生放电，产生放电火花。比如在有爆炸和火灾风险的场所，静电放电火花会成为可燃物质的点火焰，造成爆炸和火灾事故；人体受静电电击刺激还可能会引发二次事故，造成跌落、摔伤等；在一些生产过程中，静电可能会妨碍生产，导致产品质量不良，损坏电子设备等。因此，改善特氟龙涂层的抗静电性能是使特氟龙涂层得以有效应用的重要前提。
发明内容
为了解决特氟龙涂层表面静电电压高的问题，本申请公开了一种特氟龙涂层及其制备方法，在特氟龙涂层中添加抗静电剂，减少特氟龙涂层表面的静电积聚，避免静电积聚造成的不利影响。
第一方面，本申请提供一种特氟龙涂层，采用如下的技术方案：
一种特氟龙涂层，包括如下重量份的各组分：
特氟龙40-60份
丙烯酸酯类单体10-20份
改性纳米粒子15-25份
抗静电剂2-6份
消泡剂0.5-2份
分散剂0.5-2份
流平剂1-5份
水45-60份。
作为优选，上述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或几种。
作为优选，上述改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化钛中的一种或两种。
作为优选，上述改性纳米粒子所用的改性剂为硅烷偶联剂KH570。
作为优选，上述抗静电剂的结构式为：
Figure BDA0003280624840000021
其中，n为10-30的整数。
作为优选，上述消泡剂为有机硅类消泡剂。
作为优选，上述分散剂为聚醚改性聚硅氧烷。
作为优选，上述流平剂为氟碳类流平剂。
第二方面，本申请提供一种特氟龙涂层的制备方法，采用如下的技术方案：
一种特氟龙涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子搅拌分散20-30min；
(2)将特氟龙和丙烯酸酯类单体加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1000-1200r/min的转速下搅拌10-30min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
本申请具有如下的有益效果：
(1)本申请的特氟龙涂层中添加有抗静电剂，抗静电剂的添加可以有效减少特氟龙涂层表面的静电积聚，避免因静电积聚而妨碍生产，影响产品质量，损坏电子设备，甚至造成事故等；
(2)本申请所用的抗静电剂中长链烷基的一端具有双键，可以与丙烯酸酯类单体发生键合反应，从而使抗静电剂的一段牢固地键合在体系内，避免长期使用后发生迁移、析出等而失效，可以起到长久的抗静电作用，而羟基可以从空气中吸收水分，从而在涂层表面形成导电层，起到消除静电的作用；
(3)本申请所用的抗静电剂在长链烷基与羟基之间具有苯环，苯环与聚四氟乙烯和丙烯酸酯类单体之间较差的相容性有利于避免涂层对羟基的埋覆，而且苯环可能会对另一端的羟基链段起到一定的支撑作用，也可能有助于使更多羟基保留在涂层表面，更好地起到消除静电的作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请实施例所用抗静电剂的核磁共振谱图。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1-4和对比例1所用抗静电剂的n为14，制备方法为：
(1)将六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷分散于过量THF中，然后加入邻苯二甲酸单乙酯和N,N-二异丙基乙胺，室温搅30-40min，得到混合物I；0℃冰水浴下，将1-羟基-16-(4-氨基苯基)十六烷分散于过量THF中，得到混合物II；然后将混合物I加入混合物II中，室温下搅拌3h；真空条件下旋转蒸发去除溶剂，残余物加热至85℃搅拌10h；然后将反应混合物溶解于二氯甲烷中，并依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水洗涤；将有机层浓缩得到粗产品，然后通过柱层析纯化得到产物I，其中，六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷、邻苯二甲酸单乙酯和1-羟基-16-(4-氨基苯基)十六烷的摩尔比为1:1:1，N,N-二异丙基乙胺与邻苯二甲酸单乙酯的摩尔比为1.4:1，反应方程式为：
Figure BDA0003280624840000041
(2)将产物I与适量催化剂Al2O3加入反应釜内，搅拌加热至380-400℃脱水反应3h得到产物II，反应方程式为：
Figure BDA0003280624840000042
(3)将产物II溶于乙醇，并加入单水合肼，混合物回流加热24h，冷却至室温，然后向混合物中加入氢氧化钠水溶液，并用二氯甲烷萃取，将萃取液真空旋蒸除去溶剂，得到产物III，其中，产物II与单水合肼的摩尔比为1:4，反应方程式为：
Figure BDA0003280624840000051
(4)氮气保护下按照摩尔比1:2将产物III和环氧乙烷加入反应釜中，密封反应釜，搅拌加热至190-200℃反应4h，然后降至常压继续搅拌反应0.5h，得到抗静电剂，反应方程式为：
Figure BDA0003280624840000052
图1是本申请所制备的抗静电剂的核磁共振谱图，核磁数据如下(溶剂DMSO)：δ＝4.88-4.90(a，1H)，δ＝5.08-5.12(b，1H)，δ＝5.81-5.85(c，1H)，δ＝2.12-2.16(d，2H)，δ＝1.23-1.32(e，22H)，δ＝1.61-1.66(f，2H)，δ＝2.52-2.54(g，2H)，δ＝6.88-6.91(h，2H)，δ＝6.68-6.72(i，2H)，δ＝4.19-4.22(j，4H)，δ＝3.71-3.74(k，4H)。测试所得各质子的吸收峰及其积分值与抗静电剂中质子完全一致，说明得到了上述抗静电剂。
实施例1
原料准备：特氟龙40份、甲基丙烯酸甲酯5份、甲基丙烯酸乙酯5份、KH570改性纳米二氧化钛15份、抗静电剂2份、消泡剂0.8份、分散剂0.6份、流平剂1份、水47份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子1000r/min搅拌分散20min；
(2)将特氟龙、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1200r/min的转速下搅拌10min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
实施例2
原料准备：特氟龙55份、甲基丙烯酸甲酯8份、丙烯酸丁酯10份、KH570改性纳米二氧化钛23份、抗静电剂5份、消泡剂1.5份、分散剂1.7份、流平剂4份、水55份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子800r/min搅拌分散30min；
(2)将特氟龙、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1000r/min的转速下搅拌30min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
实施例3
原料准备：特氟龙60份、丙烯酸甲酯10份、甲基丙烯酸丁酯10份、KH570改性纳米二氧化钛25份、抗静电剂6份、消泡剂1.8份、分散剂2份、流平剂4.5份、水55份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子900r/min搅拌分散25min；
(2)将特氟龙、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1100r/min的转速下搅拌20min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
实施例4
原料准备：特氟龙50份、甲基丙烯酸甲酯15份、KH570改性纳米二氧化钛20份、抗静电剂4份、消泡剂1份、分散剂1.2份、流平剂2.5份、水53份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子900r/min搅拌分散25min；
(2)将特氟龙和甲基丙烯酸甲酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1100r/min的转速下搅拌20min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
对比例1
原料准备：特氟龙50份、甲基丙烯酸甲酯15份、KH550改性纳米二氧化钛20份、抗静电剂4份、消泡剂1份、分散剂1.2份、流平剂2.5份、水53份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子900r/min搅拌分散25min；
(2)将特氟龙和甲基丙烯酸甲酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1100r/min的转速下搅拌20min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
对比例2
原料准备：特氟龙50份、甲基丙烯酸甲酯15份、KH570改性纳米二氧化钛20份、N182抗静电剂4份、消泡剂1份、分散剂1.2份、流平剂2.5份、水53份。
制备步骤为：
(1)按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子900r/min搅拌分散25min；
(2)将特氟龙和甲基丙烯酸甲酯加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤(1)获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)获得的混合物加入高速分散机内在1100r/min的转速下搅拌20min得到特氟龙涂料；
(4)将步骤(3)获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
对实施例1-4和对比例1-2所制备的特氟龙涂层进行各项性能测试，其中，附着力的测试标准参照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》；耐磨性参照GB/T 1768-2006《漆膜耐磨性测定法》；耐冲击性参照GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》；老化后表面电阻率中的老化条件为：人工气候老化1000h。测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003280624840000081
从表1可以看出，实施例1-4所制备的特氟龙涂层在具有良好的附着力、耐磨性、耐冲击性和抗静电性能的同时，老化后表面电阻率升高不明显，说明在经历长时间的使用后依然能够保持良好的抗静电效果。而从对比例1可以看出，当对比例1中的改性纳米粒子为KH550改性纳米二氧化钛时，由于改性剂无法与丙烯酸酯类单体发生有效键合，导致耐磨性相对较差。从对比例2可以看出，当对比例2中的抗静电剂替换为N182抗静电剂时，由于不存在苯环结构，导致耐磨性能略有下降，但由于N182的分子量相对较小，相同重量份中含有更多的羟基，所以表面电阻率略低于实施例4，但由于N182不含双键，无法与体系发生有效键合，老化后可能大部分析出而导致抗静电性能显著下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种特氟龙涂层，其特征在于：包括如下重量份的各组分：
特氟龙 40-60份
丙烯酸酯类单体10-20份
改性纳米粒子 15-25份
抗静电剂 2-6份
消泡剂 0.5-2份
分散剂 0.5-2份
流平剂 1-5份
水 45-60份。
2.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述改性纳米粒子为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化钛中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述改性纳米粒子所用的改性剂为硅烷偶联剂KH570。
5.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述抗静电剂的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中，n为10-30的整数。
6.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
7.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述分散剂为聚醚改性聚硅氧烷。
8.如权利要求1所述的特氟龙涂层，其特征在于：所述流平剂为氟碳类流平剂。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的特氟龙涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按配方称取各组分，将分散剂加入一半的水中，搅拌均匀，然后加入改性纳米粒子搅拌分散20-30 min；
（2）将特氟龙和丙烯酸酯类单体加入另一半水中，搅拌均匀后加入步骤（1）获得的分散液中，然后加入其余组分，搅拌均匀；
（3）将步骤（2）获得的混合物加入高速分散机内在1000-1200 r/min的转速下搅拌10-30 min得到特氟龙涂料；
（4）将步骤（3）获得的特氟龙涂料喷涂于基材表面，得到特氟龙涂层。
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