CN116333519B - 一种粉煤灰基疏水涂料及其涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂料及其涂层，属于疏水涂料技术领域。本发明提供的粉煤灰基疏水涂料包括水相和分散于所述水相中的固相，所述固相包括粉煤灰和聚乙烯蜡，所述水相包括水；以干重计，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％。本发明利用粉煤灰微米颗粒替代昂贵的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛，利用聚乙烯蜡替代昂贵的有机硅烷，制备出具有超疏水功能的疏水涂料，且所得涂层具有较好的耐磨性能以及较强的附着力。本发明以粉煤灰作为疏水涂料的主要成分，一方面，能够实现粉煤灰的高值化利用，另一方面，能够大幅度降低疏水涂料的成本，有利于市场推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及疏水涂料技术领域，特别涉及一种粉煤灰基疏水涂料及其涂层。
背景技术
随着人们对生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，具有自清洁功能的疏水表面得到了迅速的发展。在基底表面涂装疏水涂料是获得疏水表面的重要手段。
有关疏水涂料的制备技术主要集中在采用纳米无机颗粒(通常是纳米二氧化硅和纳米氧化钛)与有机硅烷的合成。例如中国专利CN 113292876 A公开了向二甲基二甲氧基硅烷中依次加入异丙醇、二氧化钛(100纳米)、氰基丙烯酸乙酯，搅拌分散后涂覆获得超疏水涂层的方法，制得了接触角达到166.75°，滚动角＜10°的超疏水涂层，经过摩擦试验后的涂层接触角为160.34°。中国专利CN 111777794 A公开了一种硬质耐磨的超疏水材料及其制备方法，以聚氨酯泡沫为模板、聚四氟乙烯纳米颗粒为基体项、碳纳米管为增强相，得到了耐磨的超疏水涂层，该技术方法涂层的接触角经过60m摩擦测试后仍具有较好的疏水效果，θ>150°，但质量损失率>20％。
然而，采用纳米无机颗粒与有机硅烷制备疏水涂料，最大问题就是成本太高，市场难以接受，急需要降低涂料成本。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种粉煤灰基疏水涂料及其涂层。本发明提供的粉煤灰基疏水涂料成本低廉，所得涂层具有超疏水性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂料，包括水相和分散于所述水相中的固相，所述固相成分包括粉煤灰和聚乙烯蜡，所述水相成分包括水；
以干重计，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％。
优选的，所述粉煤灰的中位径为3.09～18.50μm。
优选的，所述聚乙烯蜡的熔点为75～150℃，粒径为60目筛下。
优选的，所述固相在粉煤灰基疏水涂料中的质量百分含量为65～70％。
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂层，由上述粉煤灰基疏水涂料涂装固化得到。
优选的，所述粉煤灰基疏水涂层的厚度为200～500μm。
本发明提供了粉煤灰基疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、聚乙烯蜡和水混合，得到粉煤灰基疏水涂料；
将所述粉煤灰基疏水涂料涂装于基体表面，进行干燥和热固化，得到粉煤灰基疏水涂层。
优选的，所述干燥的温度为30～70℃，时间为15～35min。
优选的，所述热固化的温度为120～160℃，时间为0.5～2h。
优选的，还包括对热固化后所得涂层进行打磨，所述打磨为负重50～200g的砝码在800目砂纸上打磨，所述打磨的速度为3～7cm/s，时间为0.5～2min。
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂料，包括水相和分散于所述水相中的固相，所述固相包括粉煤灰和聚乙烯蜡，所述水相包括水；以干重计，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％。本发明利用粉煤灰微米颗粒替代昂贵的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛，利用聚乙烯蜡替代昂贵的有机硅烷，制备出具有超疏水功能的疏水涂料，这是由于粉煤灰与聚乙烯蜡粉混合后热熔固化，熔融的聚乙烯蜡包裹覆盖于粉煤灰表面，在粉煤灰微纳结构的基础上构建出较低表面能、具有粗糙分级结构的固体表面，所得涂层具备疏水能力且具有较好的耐磨性能以及较强的附着力。同时，粉煤灰属于工业固废，成本低廉，目前仍以建材化低端利用为主。本发明以粉煤灰作为疏水涂料的主要成分，一方面，能够实现粉煤灰的高值化利用，另一方面，能够大幅度降低疏水涂料的成本，有利于市场推广应用。实施例结果表明，本发明提供的粉煤灰基疏水涂料经涂装固化后，所得涂层接触角为140.39～151.37°，且具有较好的附着力。
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂层的制备方法，此法操作简单，易于实现工业化批量生产。
附图说明
图1为复合涂层接触角结果；
图2为复合涂层附着力等级；
图3为附着力测试结果；
图4为划痕实验结果；
图5为对比例的复合涂层接触角；
图6为对比例的附着力情况；
图7为对比例的附着力实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂料，包括水相和分散于所述水相中的固相，所述固相成分包括粉煤灰和聚乙烯蜡；所述水相成分包括水；
以干重计，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％。
如无特殊说明，本发明所用原料的来源均为市售。
在本发明中，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，优选为85％、88％、91％或94％。在本发明中，所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰。在本发明中，所述粉煤灰的中位径优选为3.09～18.50μm，更优选为7～9μm。
在本发明中，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％，优选为6％、9％、12％或15％。在本发明中，所述聚乙烯蜡的熔点优选为75～150℃，更优选为100～120℃；粒径优选为60目筛下。在本发明中，所述聚乙烯蜡的分子量优选为3000～5000，更优选为3500～4500。
在本发明总，所述固相在粉煤灰基疏水涂料中的质量百分含量优选为65～70％，更优选为66～68％。
在本发明中，所述粉煤灰基疏水涂料的制备方法，优选包括以下步骤：
将粉煤灰、聚乙烯蜡和水混合，得到粉煤灰基疏水涂料。
在本发明中，所述混合包括依次进行的加料和混料。在本发明中，所述加料和混料优选在搅拌机中进行；在本发明中，所述加料时搅拌机转速优选为600转/分，混料时搅拌机转速优选为1000转/分，混料时间优选为3分钟。
本发明提供了一种粉煤灰基疏水涂层，由上述粉煤灰基疏水涂料涂装固化得到。
在本发明中，所述粉煤灰基疏水涂层的厚度优选为200～500μm，更优选为300～400μm。
本发明提供了上述粉煤灰基疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、聚乙烯蜡和水混合，得到粉煤灰基疏水涂料；
将所述粉煤灰基疏水涂料涂装于基体表面，进行干燥和热固化，得到粉煤灰基疏水涂层。
本发明将粉煤灰、聚乙烯蜡和水混合，得到粉煤灰基疏水涂料，在本发明中，所述混合的方法与上文相同，在此不再赘述。
本发明将所述粉煤灰基疏水涂料涂装于基体表面，进行干燥和热固化，得到粉煤灰基疏水涂层。
在本发明中，将所述粉煤灰基疏水涂料涂装于基体表面的方法优选为：
将粉煤灰基疏水涂料淋涂在基材表面，再将基材竖直悬挂，使浆体在基材表面自流平，形成厚度均匀的涂层。
在本发明中，所述干燥的温度优选为30～70℃，更优选为40～50℃；时间优选为15～35min，更优选为20～30min。
在本发明中，所述热固化的温度优选为120～160℃，具体优选为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃，更优选为140℃；时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h。在本发明中，所述热固化优选在烘箱中进行。
在本发明中，所述热固化后，本发明还优选包括对热固化后所得涂层进行打磨，所述打磨为负重50～200g的砝码在800目砂纸上打磨，所述打磨的速度优选为3～7cm/s，更优选为4～6cm/s，时间优选为0.5～2min，更优选为1～1.5min。在本发明中，所述打磨优选为：涂层负重100g在800目砂纸上5cm/s匀速打磨1min。本发明经过打磨处理，涂层表面出现大量的凹凸结构，涂层的表面粗糙度增大，增加了涂层表面对空气的吸附量，涂层对水的粘附力得到降低，从而进一步提高疏水效果。
下面结合实施例对本发明提供的粉煤灰基疏水涂料及其涂层进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中，所用粉煤灰为煤粉炉粉煤灰，中位径8.20μm；实施例51～60所用二氧化硅颗粒为分析纯二氧化硅粉末，中位径176μm；实施例61～65所用纳米二氧化硅为气相二氧化硅，中位径150nm；所用聚乙烯蜡熔点117℃，粒径60目；所用基底为经过打磨的普通白铁皮。
实施例1～25
将煤粉炉粉煤灰、聚乙烯蜡混合搅拌制浆，液固质量比1:2，将所述浆体浸涂于基底表面，在50℃下烘干20min后，在烘箱中热熔固化1h，得到疏水涂层样品。
按照标准(ISO2409-1992油漆和清漆——百格测试)，对实施例1～25制备的复合疏水涂层进行附着力测试，复合涂层接触角结果见表1及图1，复合涂层附着力等级见表1和图2。
表1实施例1～25制备复合疏水涂层接触角和附着力等级
实施例26～40
将实施例1～25制备的复合疏水涂层机械打磨后得到实施例26～50，打磨方式为：涂层负重100g在800目砂纸上5cm/s匀速打磨1min。其余具体条件列于表2中。
按照标准(ISO2409-1992油漆和清漆——百格测试)，对实施例26～50制备的复合疏水涂层进行附着力测试，结果见表2、图3和图4(图3为实施例47的照片，图4为实施例40的照片)。
表2实施例26～50制备复合疏水涂层接触角和附着力等级
对比例1～5
将二氧化硅颗粒、聚乙烯蜡与水混合搅拌制浆，液固质量比1:2(液固比50％)，将所述浆体浸涂于基底表面，在50℃下烘干20min后，在140℃下热熔固化1h，得到疏水涂层，具体条件列于表3中，复合涂层接触角和附着力情况见附图5和附图6。
表3对比例1～5制备复合疏水涂层接触角和附着力等级
对比例6～10
将对比例1～5制备的复合疏水涂层机械打磨后得到对比例6～10，具体条件列于表4中。
按照标准(ISO2409-1992油漆和清漆——百格测试)，对对比例6～10制备的复合疏水涂层进行附着力测试，结果见表4、复合涂层接触角和附着力情况见图5和图6。
表4对比例6～10制备复合疏水涂层接触角和附着力等级
对比例11～15
将纳米二氧化硅、聚乙烯蜡与水混合搅拌制浆，液固质量比6:1(液固比600％)，将所述浆体浸涂于基底表面，在50℃下烘干20min后，在140℃下热熔固化1h，得到疏水涂层，具体条件列于表5中，纳米二氧化硅-聚乙烯蜡涂层不具备疏水性，且与基底没有附着力，具体见图7(图7中左图为对比例11的实物图，由图为对比例14的实物图)。
表5对比例11～16制备复合疏水涂层接触角和附着力等级
根据以上实施例和附图1～7分析，机械打磨可以强化本复合涂层的疏水性能，同时机械打磨不会对涂层的附着能力造成负面影响。涂层的附着力最高可以达到4B水平，此时，接触角为152.14°。
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 (9)
1.一种粉煤灰基疏水涂料，包括水相和分散于所述水相中的固相，其特征在于，所述固相成分包括粉煤灰和聚乙烯蜡，所述水相成分包括水；
以干重计，所述粉煤灰在固相中的质量百分含量为82～95％，所述聚乙烯蜡在固相中的质量百分含量为5～18％；
所述粉煤灰的中位径为3.09～18.50μm。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基疏水涂料，其特征在于，所述聚乙烯蜡的熔点为75～150℃，粒径为60目筛下。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰基疏水涂料，其特征在于，所述固相在粉煤灰基疏水涂料中的质量百分含量为65～70％。
4.一种粉煤灰基疏水涂层，由权利要求1～3任意一项所述粉煤灰基疏水涂料涂装固化得到。
5.根据权利要求4所述的粉煤灰基疏水涂层，其特征在于，所述粉煤灰基疏水涂层的厚度为200～500μm。
6.权利要求4或5所述的粉煤灰基疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、聚乙烯蜡和水混合，得到粉煤灰基疏水涂料；
将所述粉煤灰基疏水涂料涂装于基体表面，进行干燥和热固化，得到粉煤灰基疏水涂层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为30～70℃，时间为15～35min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热固化的温度为120～160℃，时间为0.5～2h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括对热固化后所得涂层进行打磨，所述打磨为负重50～200g的砝码在800目砂纸上打磨，所述打磨的速度为3～7cm/s，时间为0.5～2min。
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