CN117417668A - 一种高硬度耐刮擦的etfe涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料及其制备方法。ETFE涂料包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97‑99份，PTFE蜡微粉0.3‑1份，颜料0.5‑1.5份，填料0.05‑0.2份和助剂0.3‑0.6份。本发明的ETFE涂料通过采用特定配比用量的改性ETFE树脂、PTFE蜡微粉、颜料、填料和助剂，使得各原料之间产生更好的协同增效作用，使得到的ETFE涂料具有高硬度、耐刮擦性能、耐冲击性能、附着力和耐腐蚀性能。

Description

一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料及其制备方法。
背景技术
半导体行业生产工序中主要废气污染物类别较多且杂，涉及到多酸多碱等单一或多种有机废气混合。半导体制程废气的收集、治理和有效排放对特殊涂层风管的要求很高，既要有优异的抗强酸碱腐蚀性能，又要有耐高温、耐刮擦高硬度的机械性能，这对风管内涂层提出很严格的限制。目前风管使用的涂层为优异防腐性能的ETFE或ECTFE体系，而ETFE涂料因具备更高的附着力和耐高温度成为首选。ETFE体系作为粉末涂料也是兼具该型涂料的劣势，涂层流平性不佳，产生橘皮的现象普遍，且硬度不理想。若在施工安装过程中，若涂层被机械刮伤，高温化学气体腐蚀会在破坏层加速腐蚀基材，从而影响SUS304等不锈钢材的使用寿命，影响风管的持续使用。
近年来，ETFE体系涂料为了获得优异的性能，相关改性工作一直在进行，但是研究主要集中在阻燃性、耐强腐蚀性等方向，对于该体系的耐热和耐刮擦提升却鲜有报道。若能提升涂层的耐热和耐刮擦性能，可降低保护辅材的使用，从而降低生产成本，延长热环境涂层风管的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料及其制备方法，以解决本发明存在的上述技术问题。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97-99份，PTFE蜡微粉0.3-1份，颜料0.5-1.5份，填料0.05-0.2份和助剂0.3-0.6份。
上述方案中，本发明的ETFE涂料包括改性ETFE树脂、PTFE蜡微粉、颜料、填料和助剂，改性ETFE树脂是将ETFE树脂通过改性得到，使得改性后的ETFE树脂具有特定的分子结构，能够有助于提升ETFE涂料的硬度和耐刮擦性能，进而降低保护辅材的使用，从而降低生产成本，延长热环境涂层风管的使用寿命。耐刮擦性能与材料的杨氏模量、屈服强度和表面摩擦系数有直接关系，高屈服强度、低杨氏模量和低表面摩擦系数能有效提高材料的耐刮擦性，PTFE蜡微粉具有特定的分子量和分子量分布，结构稳定，使其具有优异的润滑性能，加工流动性能和针对颜料及填料的分散性能，其还具有特有的抗粘连性、抗表面划伤性和抗磨损性，能提高涂层的不粘性，降低摩擦系数，提高防腐性和耐刮擦性能。本发明的ETFE涂料通过改性ETFE树脂和PTFE蜡微粉的协同搭配，PTFE微蜡粉具有低摩擦性能，良好的分散性，分散在ETFE体系中，降低分子间连接顺序，二者之间发挥协同增效作用，更进一步地提高ETFE涂料的硬度和耐刮擦性能。进一步地，本发明的ETFE涂料通过将改性ETFE树脂、PTFE蜡微粉、颜料、填料和助剂的用量限定在合理的范围值内，使得各原料之间产生更好的协同增效作用，使得到的ETFE涂料具有高硬度和优异耐刮擦性能的同时，兼具优异的耐冲击性能、附着力和耐腐蚀性能，使得其能更好地满足特殊涂层风管的要求。
进一步地，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97-98.5份，PTFE蜡微粉0.4-0.6份，颜料0.5-1.5份，填料0.05-0.2份和助剂0.3-0.6份；
优选地，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97.4份，PTFE蜡微粉0.5份，颜料1.05份，填料0.1份和助剂0.45份。
进一步地，所述PTFE蜡微粉的制备方法如下：
步骤S1：在惰性气体氛围下，将聚合级四氟乙烯与Natta型催化剂在110-130℃下聚合反应时间2-3h，得到聚合产物；根据反应情况加入预备助剂以调整聚合反应的进度；优选地，预备助剂为亚硫酰化合物；
步骤S2：结束反应，将得到的所述聚合产物冷却至50-60℃，提纯；
步骤S3：将提纯后的聚合产物加入至145-160℃，搅拌均匀；再加入辅助剂，混合均匀后压缩成颗粒粉末；优选地，所述辅助剂包括增塑剂、填料或蜡烯烃中的一种或多种。
上述方案中，PTFE蜡微粉是由聚四氟乙烯经聚合反应得到的分散液再经过凝聚、提纯，再加入辅助剂制备得到的低分子量自由流动粉体，其具有较低的摩擦系数、优良的耐热和抗划伤性能，加入本发明的粉末涂料中与改性ETFE交联分布膜层，从而提升涂层硬度。
进一步地，所述改性ETFE树脂是由有机硅类化合物与乙烯、聚四氟乙烯原位聚合制备得到；所述有机硅类化合物具有如式Ⅰ的结构：
式Ⅰ
其中，x为5-20；y为1-10；R为R'NH(CH2)2NH2；R'为烷基间隔基。
上述方案中，选定特定结构的有机硅类化学物对ETFE进行改性，有机硅类化学物中，Si-O键为主链结构，具有低表面能，侧链大的交联密度可提升漆膜硬度，同时这样特定结构改性的ETFE树脂与PTFE蜡微粉发挥更好的协同增效作用，进而更有利于提升ETFE涂料的整体性能。
进一步地，参与所述原位聚合的所述有机硅类化合物的种类为1-5种。
上述方案中，通过选定不同的有机硅类化合物用于参与原位聚合，能得到性能更优异的改性ETFE树脂，更有利于提升ETFE涂料的整体性能。
进一步地，所述改性ETFE树脂的制备方法包括如下步骤：
步骤S1：向聚合反应釜中充入惰性气体后，加入有机溶剂和分散剂后，按照一定摩尔比向其中添加乙烯、四氟乙烯和至少一种有机硅类化合物并混合均匀；
步骤S2：在一定温度下，加入引发剂进行共聚反应；
步骤S3：在反应结束后，冷却至室温，收集产物，在一定温度下进行减压蒸馏，粗产物用醇类溶剂进行沉淀，即得所述改性ETFE树脂。
进一步地，所述有机溶剂为二甲苯、六甲基二硅氧烷和N，N—二甲基甲酰胺中的一种或多种，其添加量为聚合反应体系总体积的45-70%；
所述分散剂为全氟羧酸盐，其添加量为聚合反应体系总重量的1.5-3.5%；
所述引发剂为有机过氧化物类，其添加量为聚合反应体系总重量的0.8-1.5%；
所述乙烯、所述四氟乙烯和所述有机硅类化学物的投加摩尔比为（5-7）:（5-7）:（1-1.5）；
所述步骤S2中，共聚反应的温度为70℃-90℃，时间为7h-8h；
所述步骤S3中，减压蒸馏的温度为50℃-60℃。
所述颜料选自环保铬绿、铁黄、炭黑中的一种或多种；
所述填料包括碳酸钙、硫酸钡、膨润土、滑石粉、石英粉、钛白粉中的一种或多种；
所述助剂包括流平剂、固化剂或涂料分散剂中的一种或多种。
根据本发明的第二方面，本发明还提供上述的ETFE涂料的制备方法，包括如下步骤：按配比将所述改性ETFE树脂、所述PTFE蜡微粉、所述颜料、所述填料和所述助剂混合均匀，混合温度为30-35℃，混合时间为20-30min。
上述方案中，通过将混合的温度和时间限定在合理的范围值内，能够使得各原料之间混合更加均匀，更有利于提升ETFE涂料的整体性能。
进一步地，所述混合的转速逐渐增大；所述混合具体如下：先在80-120rmp下混合10-15min，再在200-400rmp下混合10-15min，然后在500-600rmp下混合5-10min。
本发明一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料包括改性ETFE树脂、PTFE蜡微粉、颜料、填料和助剂，改性ETFE树脂是将ETFE树脂通过改性得到，使得改性后的ETFE树脂具有特定的分子结构，能够有助于提升ETFE涂料的硬度和耐刮擦性能，进而降低保护辅材的使用，从而降低生产成本，延长热环境涂层风管的使用寿命。PTFE蜡微粉具有特定的分子量和分子量分布，结构稳定，使其具有优异的润滑性能，加工流动性能和针对颜料及填料的分散性能，其还具有特有的抗粘连性、抗表面划伤性和抗磨损性，能提高涂层的不粘性，降低摩擦系数，提高防腐性和耐刮擦性能。本发明的ETFE涂料通过改性ETFE树脂和PTFE蜡微粉的协同搭配，二者之间发挥协同增效作用，更进一步地提高ETFE涂料的硬度和耐刮擦性能。本发明的ETFE涂料具有高硬度和优异耐刮擦性能，还兼具优异的耐冲击性能、附着力和耐腐蚀性能，使得其能更好地满足特殊涂层风管的要求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97.4份，PTFE蜡微粉0.5份，颜料1.05份，填料0.1份和助剂0.45份。其中，颜料选自环保铬绿和铁黄(重量比为20:1，金百彩)，填料选自钛白粉（科慕TS-1510），助剂为流平剂（GS国际化学）。
PTFE蜡微粉的制备方法如下：
步骤S1：在惰性气体氛围下，将50g聚合级四氟乙烯与4.8g Natta型催化剂在120℃下聚合反应时间2.5h，得到聚合产物；根据反应情况加入0.3g预备助剂亚硫酰氯以调整聚合反应的进度。
步骤S2：结束反应，将得到的所述聚合产物冷却至50-60℃，提纯；
步骤S3：将提纯后的28.4g聚合产物加热至155℃，搅拌均匀；再加入0.4g增塑剂、0.35g填料和0.85g蜡烯烃，混合均匀后压缩成颗粒粉末。得到PTFE蜡微粉的Dv50为5-7μm，Dv90为10μm，熔点为310-320℃。
改性ETFE树脂是由有机硅类化合物与乙烯、聚四氟乙烯原位聚合制备得到；所述有机硅类化合物具有如式Ⅰ的结构：
式Ⅰ
其中，x为5-20；y为1-10；R为R'NH(CH2)2NH2；R'为烷基间隔基。
参与原位聚合的有机硅类化合物的种类为1种，分别是x=10，y=8。
改性ETFE树脂的制备方法包括如下步骤：
步骤S1：向聚合反应釜中充入惰性气体后，加入有机溶剂和分散剂后搅拌均匀，按照6:6:1.5摩尔比向其中添加乙烯、四氟乙烯和有机硅类化合物并混合均匀；有机溶剂为N，N—二甲基甲酰胺，其添加量为聚合反应体系总重量的60%；分散剂为全氟辛酸铵，其添加量为聚合反应体系总重量的2%。
步骤S2：在85℃下，加入引发剂过氧化苯甲酰进行共聚反应8h；引发剂为有机过氧化物类，其添加量为聚合反应体系总重量的1%。
步骤S3：在反应结束后，冷却至室温，收集产物，在60℃下进行减压蒸馏，粗产物用醇类溶剂进行沉淀，即得改性ETFE树脂。
上述的ETFE涂料的制备方法包括如下步骤：按配比将改性ETFE树脂、PTFE蜡微粉、颜料、填料和助剂在30℃下混合，先在200rpm下搅拌8min，再在400rpm下搅拌8min，然后在600rpm下搅拌5min。
实施例2
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂98.1份，PTFE蜡微粉0.3份，颜料1.05份，填料0.1份和助剂0.45份。
实施例3
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97.4份，PTFE蜡微粉1份，颜料1.05份，填料0.1份和助剂0.45份。
实施例4
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，改性ETFE树脂为99份。
实施例5
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，PTFE蜡微粉为0.4份。
实施例6
本实施例提供一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，PTFE蜡微粉为0.6份。
对比例1
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例2的不同之处在于，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂98.4份，颜料1.05份，填料0.1份和助剂0.45份。
对比例2
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例2的不同之处在于，用同等量的科慕F40的ETFE树脂替代改性ETFE树脂。
对比例3
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例2的不同之处在于，用同等量的日本旭硝子F40的ETFE树脂替代改性ETFE树脂。
对比例4
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例2的不同之处在于，用同等量的聚酰胺蜡微粉替代PTFE蜡微粉。
对比例5
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，用同等量的聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡微粉替代PTFE蜡微粉。其中聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡微粉来源于南京天诗型号为PEW-0677F的产品。
对比例6
本对比例提供一种ETFE涂料，与实施例1的不同之处在于，改性ETFE树脂为93份。
对上述实施例和对比例中的样品涂料进行了涂层的性能测试，将实施例1-5及对比例1-6所述涂料分别静电涂覆在基材上，流平后放置马弗炉进行固化烧结，固化条件290℃，固化时间18min，喷涂4遍，每次喷涂厚度控制上粉50-70μm，涂层终饰层厚度250-280μm。
性能测试：
耐冲击性测试：按照国标GB/T1732-93进行测试。
附着力性能测试：按照国标GB/T9286进行测试。
硬度测试：按照国标GB/T 673-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测试。
耐腐蚀性能测试：按照国标规定对涂层进行长周期耐腐蚀性测试(耐酸、碱、盐等)。
耐刮擦性能：按照国标GB/T9279.1-2015进行测试。
实施例及对比例中所得产品的测试性能结果见表1。
表1
由表1的实验结果可以看出，由表1可知，本发明提供的ETFE涂料具有高硬度和优异的耐刮擦性能，实施例1的ETFE涂料的性能最优，其硬度指标可到2H级别，耐刮擦性能可达18N，且其抗冲击力也能达到55kg•cm，附着力和耐腐蚀性均能通过测试。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高硬度耐刮擦的ETFE涂料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97-99份，PTFE蜡微粉0.3-1份，颜料0.5-1.5份，填料0.05-0.2份和助剂0.3-0.6份。
2.根据权利要求1所述的ETFE涂料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：改性ETFE树脂97-98.5份，PTFE蜡微粉0.4-0.6份，颜料0.5-1.5份，填料0.05-0.2份和助剂0.3-0.6份。
3.根据权利要求1所述的ETFE涂料，其特征在于，所述PTFE蜡微粉的制备方法如下：
步骤S1：在惰性气体氛围下，将聚合级四氟乙烯与Natta型催化剂在110-130℃下聚合反应时间2-3h，得到聚合产物；根据反应情况加入预备助剂以调整聚合反应的进度；
步骤S2：结束反应，将得到的所述聚合产物冷却至50-60℃，提纯；
步骤S3：将提纯后的聚合产物加入至145-160℃，搅拌均匀；再加入辅助剂，混合均匀后压缩成颗粒粉末；所述辅助剂包括增塑剂、填料或蜡烯烃中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的ETFE涂料，其特征在于，所述改性ETFE树脂是由有机硅类化合物与乙烯、聚四氟乙烯原位聚合制备得到；所述有机硅类化合物具有如式Ⅰ的结构：
式Ⅰ
其中，x为5-20；y为1-10；R为R'NH(CH2)2NH2；R'为烷基间隔基。
5.根据权利要求4所述的ETFE涂料，其特征在于，参与所述原位聚合的所述有机硅类化合物的种类为1-5种。
6.根据权利要求4所述的ETFE涂料，其特征在于，所述改性ETFE树脂的制备方法包括如下步骤：
步骤S1：向聚合反应釜中充入惰性气体后，加入有机溶剂和分散剂后搅拌均匀，按照一定摩尔比向其中添加乙烯、四氟乙烯和至少一种有机硅类化合物并混合均匀；
步骤S2：在一定温度下，加入引发剂进行共聚反应；
步骤S3：在反应结束后，冷却至室温，收集产物，在一定温度下进行减压蒸馏，粗产物用醇类溶剂进行沉淀，即得所述改性ETFE树脂。
7.根据权利要求6所述的ETFE涂料，其特征在于，所述有机溶剂为二甲苯、六甲基二硅氧烷和N，N—二甲基甲酰胺中的一种或多种，其添加量为聚合反应体系总重量的45-70%；
所述分散剂为全氟羧酸盐，其添加量为聚合反应体系总重量的1.5-3.5%；
所述引发剂为有机过氧化物类，其添加量为聚合反应体系总重量的0.8-1.5%；
所述乙烯、四氟乙烯和有机硅类化合物的投加摩尔比为（5-7）:（5-7）:（1-1.5）；
所述步骤S2中，共聚反应的温度为70℃-90℃，时间为7h-8h；
所述步骤S3中，减压蒸馏的温度为50℃-60℃。
8.根据权利要求1所述的ETFE涂料，其特征在于，所述颜料包括环保铬绿、铁黄、炭黑中的一种或多种；
所述填料包括碳酸钙、硫酸钡、膨润土、滑石粉、石英粉、钛白粉中的一种或多种；
所述助剂包括流平剂、固化剂或涂料分散剂中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一项所述的ETFE涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按配比将所述改性ETFE树脂、所述PTFE蜡微粉、所述颜料、所述填料和所述助剂混合均匀，混合温度为30-35℃，混合时间为20-30min。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合具体如下：先在80-120rmp下混合10-15min，再在200-400rmp下混合10-15min，然后在500-600rmp下混合5-10min。
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