CN104893293B - 一种ptfe超微粉的分散方法及其分散液在不粘涂料中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PTFE超微粉的分散方法及其分散液在不粘涂料中的应用，一种PTFE超微粉的分散方法，包括以下步骤：(1)往洁净的溶剂中依次加入PTFE超微粉、分散剂、溶剂、树脂；(2)用螺旋桨进行分散搅拌，搅拌速度为200‑300rmp，分散时间为1‑4h，分散温度为小于30℃，得到PTFE超微粉的分散液。并介绍了该分散液与不粘涂料的应用。该PTFE超微粉的分散方法具有工艺简单，操作方便，不需增添新设备，采用此发明方法提高了PTFE超微粉与树脂有很好的润湿分散性和分散体系稳定性，贮存后PTFE超微粉不发生二次团聚，解决了PTFE超微粉作为添加剂添加到涂料中分散的难题。

Description

一种PTFE超微粉的分散方法及其分散液在不粘涂料中的应用

技术领域

本发明涉及PTFE超微粉的分散方法，还涉及由该方法制备的分散液在不粘涂料中的应用，属于涂料及其生产工艺技术领域。

背景技术

不粘涂料是一种涂层表面不易被其它黏性物质所黏附或黏着后易被除去的特种涂料。这种涂料由于其所形成的表面能极低、摩擦系数小、易滑动等特点，所以具有不粘性。

通常将PTFE超微粉作为添加剂加入到涂料中，提高涂料的不粘性，传统工艺是在不粘涂料研磨过程中加入PTFE超微粉，研磨可以降低PTFE超微粉的粒径，但是研磨的越细，二次团聚的现象也越严重，贮存一段时间后，添加PTFE超微粉的不粘涂料出现返粗现象，虽然理论上研磨的粒度越细，添加到不粘涂料中的不粘效果会越好，但是实际上由于超细粉体的发生二次团聚的原因，在应用时的实际粒径大打折扣，比原始粒径可能会增加数倍甚至更多，这样，产品性能不仅没能随着粉体的超细化程度的提高而提高，反而可能下降，后来的工艺采用PTFE超微粉添加到研磨好的不粘涂料母料中进行分散，由于PTFE超微粉不像普通的PTFE那样具有很强的凝聚性，不容易和其它材料进行混合，分散效果也不理想。

因此，亟待开发一种PTFE超微粉的分散方法，应用在不粘涂料中，以解决现有不粘涂料中添加PTFE超微粉的技术不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PTFE超微粉的分散方法及其分散液在不粘涂料中的应用，本发明结合PTFE超微粉的特点，提出一种PTFE超微粉的分散方法，及该分散液在不粘涂料中的应用。本发明分散效果理想，解决了现有不粘涂料中添加PTFE超微粉的技术不足。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)取5-7.5g洁净的溶剂，向洁净的溶剂中加入7-20gPTFE超微粉、0.5-0.75g分散剂、22-33g树脂，对上述药剂进行混合，形成混合液；

(2)用螺旋桨分散搅拌混合液，搅拌速度为200-300rmp，分散时间为1-4h，分散温度小于30℃，得到PTFE超微粉的分散液。

优选后，PTFE超微粉由调聚法或辐照法制得。

优选后，分散液中PTFE超微粉的重量为T1，分散液中树脂与PTFE超微粉的总重量为T2，T1/T2的范围为15.2-44.9％。理论上PTFE超微粉占分散液中树脂和PTFE超微粉总重量分数越低越易分散，但实际上PTFE超微粉占分散液的重量低于15.2％，PTFE超微粉在分散液中的比例过少，分散液静止后PTFE超微粉在分散液中分层，底层的PTFE超微粉又发生絮凝，PTFE超微粉占分散液中树脂和PTFE超微粉总重量高于44.9％，PTFE超微粉在分散液中的流动性变差，造成分散困难且不均。

优选后，步骤(2)的螺旋桨分散搅拌的搅拌速度为250rmp。

优选后，步骤(2)的分散时间为3h。

优选后，分散液细度小于等于10μm。PTFE超微粉的粒径为5-10μm，若分散液的细度超过10μm，说明PTFE超微粉在分散液中分散的不均匀，发生了二次团聚。可作为鉴别分散液质量的参考。

采用上述分散方法直接获得的分散液在不粘涂料中的应用，其特征在于包括如下步骤：

(1)计量称取0.5-0.75g分散剂、22-33g树脂、0.8-1g流平剂、0.3-0.5g消泡剂、0.1-0.5g不粘助剂、5-10g滑石粉、5-8g溶剂、5-10g颜料、1-2g气相二氧化硅，将上述药剂加入到研磨罐中；

(2)对研磨罐里的药剂进行研磨分散2-6h，过滤后得到母料；

(3)将母料加入到分散液中，并搅拌均匀，得到分散液的不粘涂料；

(4)将不粘涂料通过空气喷涂的方法喷涂于预先脱脂、打磨、清洗后的金属基材上，喷涂后将金属基材在220℃下烘烤15min形成不粘涂层。

优选后，分散剂为带有活性官能团的高分子聚羟酸盐类分散剂。

优选后，溶剂为醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯及二甲苯中的一种或几种组成的混合溶剂。

优选后，树脂为聚氨酯树脂、环氧聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种PTFE超微粉的分散方法及其分散液在不粘涂料中的应用，本发明结合PTFE超微粉的特点，提出一种PTFE超微粉的分散方法，及该分散液在不粘涂料中的应用。本发明方法具有工艺简单，操作方便，不需增添新设备，采用此发明方法提高了PTFE超微粉与树脂有很好的润湿分散性和分散体系稳定性，贮存后PTFE超微粉不发生二次团聚，解决了PTFE超微粉作为添加剂添加到涂料中分散的难题。具体有如下有益效果：

1、PTFE超微粉的分散方法中包含不粘涂料用树脂、溶剂、分散剂、PTFE超微粉，不粘涂料用树脂作为连续相，PTFE超微粉作为分散相，溶剂用来调整分散液的粘度，分散剂用来稳定树脂中的PTFE超微粉防止再絮凝。

2、本发明的PTFE超微粉的分散方法中的树脂为分散介质，所述的树脂与不粘涂料母料中的树脂为同一种树脂，并优选为聚酯改性有机硅树脂。与其他种类的树脂相比：耐热性能优异，与其他种类的有机硅树脂(纯有机硅、环氧改性有机硅)相比：固化温度降低使施工更加方便，与金属基材的附着力增强使脱膜持久性极大改善，柔韧性增强使冲击性能得到改善，而同时硬度未明显降低，耐热性能提高扩宽了温度适用范围。

3、本发明的PTFE超微粉的分散方法中的溶剂作用为调整粘度，所述的溶剂与不粘涂料母料中的溶剂为同一种溶剂，并优选为醋酸丁酯与丙二醇甲醚醋酸酯按质量比1:1的混合溶剂。用量为与不粘涂料中溶剂总重量的30-50％，优选50％，用量低于30％分散液的粘度高，分散效果不好；用量高于50％，不粘涂料中的混合溶剂量减少，涂料粘度高、不利于研磨。

4、本发明的PTFE超微粉的分散方法中的分散剂无特殊要求，取材容易，对涂料体系相容性好，对涂料有良好的润滑分散性，且可以改善涂料的贮存稳定性。用量为不粘涂料中分散剂总重量的30-50％，优选50％，用量低于30％则PTFE超微粉的分散效果变差、储存稳定性下降；用量高于50％则会影响不粘涂料中有机硅树脂和其他颜填料的分散效果。

5、本发明的PTFE超微粉的分散方法中的PTFE超微粉作为不粘涂料中的不粘作用的添加剂，其氟含量高、表面张力小，成膜后迁移至涂膜表面，从而赋予不粘涂料涂层优异的不粘性能。PTFE微粉可由调聚法或辐照法制得，粒径优选为5-10μm。用量为5-50％，用量低于5％则成膜后其在涂层表面分布不均，不粘性变差；用量高于50％，不粘性能无增强，同时由于添加量过大，涂料的力学性能会变差。用量在20-50％，虽然不粘性增强，但是会影响涂料的其他性能，优选5-20％。

6、本发明的分散液分散过程温度控制＜30℃，30℃以上PTFE超微粉的流动性变差并容易团聚，分散液在分散搅拌过程本身不产生热量，若环境温度高于30℃，采取环境降温或洁净容器外置冷却方式，如在封闭的室内操作，可以开空调使室内温度＜30℃，或是洁净容器带有夹套通冷却水或是将洁净容器在冰水混合物的水浴锅中进行分散搅拌。

7、本发明的PTFE超微粉的分散方法中采用螺旋桨进行分散搅拌，利用具有一定速度旋转的螺旋桨叶，使PTFE超微粉和有机硅树脂向下运动，在它们撞击到洁净容器底面后，就向容器壁方向流动，在碰到容器壁后，又顺着壁面向上返回。处在搅拌池上层的PTFE超微粉和有机硅树脂被螺旋桨吸入，接着又被螺旋桨往下推，形成一个容积循环的流动状态。螺旋桨的旋转还使PTFE超微粉和有机硅树脂产生回转运动。由于有机硅树脂的粘性和搅拌容器壁的阻力，造成回转半径方向上各层液流之间的速度差。随PTFE超微粉一起运动的有机硅树脂块，有时还受到高速旋转螺旋桨叶的剪切、撞击作用。由于上述几种运动的合成，使搅拌池里的PTFE超微粉处于非常紊乱的运动状态，于是PTFE超微粉被浸散，使PTFE超微粉分散均匀。

8、低于200rmp，分散效果差，分散时间长，效率低，高于300rmp，分散过程中会产生气泡，对添加到不粘涂料中会产生不利影响。

9、低于1h，分散不均匀，PTFE超微粉不能被充分润湿分散，高于4h，虽然分散效果好，但是分散效率低。

具体实施方式

本发明包括了一种PTFE超微粉的分散方法，由以下步骤配制：

(1)取5-7.5g洁净的溶剂，向洁净的溶剂中加入7-20gPTFE超微粉、0.5-0.75g分散剂、22-33g树脂，对上述药剂进行混合，形成混合液。PTFE超微粉由调聚法或辐照法制得，熔点为320-340℃、表观密度200-600g/cm³、分子量3-20万、粒径1-20μm，优选为5-10μm。分散液中PTFE超微粉的重量为T1，分散液中树脂与PTFE超微粉的总重量为T2，T1/T2的范围为15.2-44.9％。

其中分散剂为带有活性官能团的高分子聚羟酸盐类分散剂，本发明的PTFE超微粉的分散方法中的分散剂无特殊要求，原则上只要能与不粘涂料体系相容、有良好的润滑分散性、且可以改善涂料的贮存稳定性的助剂都可以选用，与不粘涂料母料中的分散剂相同；溶剂与不粘涂料母料的溶剂相同，为醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯及二甲苯中的一种或几种组成的混合溶剂，优选醋酸丁酯与丙二醇甲醚醋酸酯按质量比1:1的混合溶剂。本发明的PTFE超微粉的分散方法中的溶剂作用为调整粘度，理论上可以使不粘涂料用的树脂及分散剂等其他添加剂溶解的有机溶剂都可用；树脂与不粘涂料母料的树脂相同，为聚氨酯树脂、环氧聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种，优选为聚酯改性有机硅树脂。

(2)用螺旋桨分散搅拌混合液，搅拌速度为200-300rmp，分散时间为1-4h，分散温度小于30℃(30℃以上PTFE超微粉的流动性变差并容易团聚)，得到PTFE超微粉的分散液。其中螺旋桨分散搅拌的搅拌速度优选为250rmp，低于200rmp，分散效果差，分散时间长，效率低，高于300rmp，分散过程中会产生气泡，对添加到不粘涂料中会产生不利影响；分散时间优选为3h，低于1h，分散不均匀，PTFE超微粉不能被充分润湿分散，高于4h，虽然分散效果好，但是分散效率低；分散液细度小于等于10μm。PTFE超微粉的粒径为5-10μm，若分散液的细度超过10μm，说明PTFE超微粉在分散液中分散的不均匀，发生了二次团聚。

得到上述分散液后，采用上述分散液在不粘涂料中的应用，包括如下步骤：

(1)计量称取0.5-0.75g分散剂、22-33g树脂、0.8-1g流平剂、0.3-0.5g消泡剂、0.1-0.5g不粘助剂、5-10g滑石粉、5-8g溶剂、5-10g颜料、1-2g气相二氧化硅，将上述药剂加入到研磨罐中；上述的分散剂、树脂及溶剂与分散液中的分散剂、树脂及溶剂相同。分散液溶剂用量为不粘涂料中溶剂用量的30-50％，优选为50％；分散液分散剂用量为不粘涂料中分散剂用的30-50％，优选为50％

(2)对研磨罐里的药剂进行研磨分散2-6h，过滤后得到母料；

(3)将母料加入到分散液中，并搅拌均匀，得到分散液的不粘涂料；

(4)将不粘涂料通过空气喷涂的方法喷涂于预先脱脂、打磨、清洗后的金属基材上，喷涂后将金属基材在220℃下烘烤15min形成不粘涂层。PTFE超微粉作为不粘涂料中的不粘作用的添加剂，其氟含量高、表面张力小，成膜后迁移至涂膜表面，从而赋予不粘涂料涂层优异的不粘性能。用量为5％～50％，用量低于5％则成膜后其在涂层表面分布不均，不粘性变差；用量高于50％，不粘性能无增强，同时由于添加量过大，涂料的力学性能会变差。用量在20％～50％，虽然不粘性增强，但是会影响涂料的其他性能，优选5％～20％。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

步骤1：(1)往洁净的溶剂中依次加入5.0gPTFE超微粉、0.5g分散剂、6.5g混合溶剂、28.0g高聚酯改性有机硅树脂，PTFE超微粉的重量占分散液中树脂和PTFE超微粉总重量的15.2％；(2)用螺旋桨进行分散搅拌，搅拌速度为250rmp，分散时间为3h，分散温度为25℃，得到PTFE超微粉的分散液。

步骤2：计量称取28.0g高聚酯改性有机硅树脂、7.5g混合溶剂、0.5g分散剂、0.9g流平剂、0.3g消泡剂、0.1g不粘助剂、10g滑石粉、1.7g气相二氧化硅R972、10.0g白色颜料，加入研磨罐中，并研磨分散2-6h，过滤得到不粘涂料的母料；

步骤3：将步骤2中得到的不粘涂料的母料加入到步骤1得到的PTFE超微粉的分散液中，并搅拌均匀，即得到含PTFE超微粉分散液的不粘涂料。

将上述方法制成的不粘涂料通过空气喷涂的方法喷涂于预先脱脂、打磨、清洗后的金属基材上，喷涂后于220℃温度下烘烤15min形成不粘涂层。

实施例2-10

采用与实施例1中相同的方法，按照如表1与表2的重量制备分散液和不粘涂料母料，最终获得不粘涂层：

表1实施例2-5的组成

表2实施例6-10的组成

将本发明实施例1-10制备的分散液采用细度法进行分散均匀性的评价；将本发明实施例1-10制备的不粘涂料进行贮存稳定性评价，并按照规定方法将不粘涂料制成测试试样(固化温度220℃、固化时间15min)后进行附着力、耐冲击、硬度及热硬度、耐化学试剂性、耐盐雾性、接触角和不粘性等性能评价；将不粘涂料应用在橡胶制品成型模具上，进行脱膜性评价，评价结果详见表3及表4。

评价项目1：细度法

本发明的分散液分散均匀性按照GB 1724-1979《涂料细度测定法》执行。评价标准为：在刮板细度计的沟槽最深部分，滴入数滴分散液，以能充满沟槽而略有多余为宜，以双手持刮刀，横置在磨光平板上端，使刮刀与磨光平板表面垂直接触。在3秒内，将刮刀有沟槽深的部位向浅的部位拉过，使分散液充满沟槽而平板上不留有多余的分散液，刮刀拉过后，立即(不超过5秒钟)使视线与沟槽平面成15～30度角，对光观察沟槽中颗粒均匀显露处，记下读数。如有个别颗粒显露于其它分度线时，则读数与相邻分度线范围不超过三个颗粒。

评价项目2：贮存稳定性

本发明的贮存稳定性测试按照GB 6753.3-1986《涂料贮存稳定性试验方法》执行。评价标准为：将不粘涂料放入40±2℃的干燥箱中储存3个月，观察放入干燥箱前后不粘涂料的变化情况，以不粘涂料无或轻微结皮、无沉降或沉降搅拌可再分散、粘度变化小于15％和不粘涂料涂层无颗粒为合格，否则为不合格。

评价项目3：附着力

本发明的附着力测试按照GB 1720-1979《漆膜附着力测定法》执行。评价标准为：用附着力测定仪在试样上画圈，按顺序检查各部位的测试试样完整程度，如某一部位的格子有70％以上完好，则定为该部位是完好的，否则应认为损坏，例如，部位1测试试样完好，附着力最佳，定为一级；部位1测试试样损坏而部位2完好，附着力次之，定为二级。依次类推，七级为附着力最差。

评价项目4：耐热性

本发明的耐热性测试按照GB/T1735-2009《色漆和清漆耐热性的测定》执行。评价标准为：将三块测试试样放入200℃恒温烘箱中16h后，冷至温度25±1℃，与预先留下的一块测试试样比较，检查不少于两块测试试样无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象为合格，否则为不合格。

评价项目5：耐冲击性

本发明的耐冲击性测试按照GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》执行。评价标准为：用4倍放大镜观察受冲击部位的测试试样，以无裂纹、皱纹及剥落等现象为合格，并记录重锤的最大下落高度。

评价项目6：硬度及热硬度

本发明的硬度及热硬度测试按照GB/T 6739-2006《涂膜硬度铅笔测定法》中的B法，即手动法执行。硬度是对常温测试试样进行的测试，热硬度是对放置在200℃恒温烘箱中10min后的测试试样进行的测试。评定标准为：逐渐增加铅笔的硬度直到测试试样表面出现永久的压痕或可见的擦伤或刮破等缺陷，与出现缺陷铅笔相邻的铅笔硬度标号即为测试试样的硬度。

评价项目7：耐化学试剂性

本发明的耐化学试剂性测试按照GB 9274-1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》甲法执行。将测试试样的2/3分别浸没在10％H₂SO₄、10％NaOH、10％的NaCl溶液中，评价方法如下：用清水冲洗，用滤纸将水珠吸干后，用4倍放大镜观察测试试样表面以无剥落、起皱、起泡、斑点、生锈、变色和失光等现象为合格，否则为不合格。

评价项目8：耐盐雾性

本发明的耐盐雾试验按照GB/T 1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》执行。评价标准为：以无锈点、起泡、脱落等现象为合格，否则为不合格。

评价项目9：接触角

采用接触角测定仪对测试试样进行接触角测试，测试液采用去离子水，测试温度控制在(25±1)℃。一个试样至少要测三次，取其平均值。

评价项目10：不粘性

本发明的不粘性测试可参照GB/T 2792-1998《压敏胶粘带180°剥离强度试验方法》上的方法执行。不同的是此处测试的是：由本发明实施例1-10制备的不粘涂料按照规定方法制成测试试样与单面普通胶粘带的剥离强度，胶粘带宽度采用20mm±1mm。胶粘带粘贴到测试试样后，用压辊在自重下以约300mm/min的速度在测试试样上来回滚压三次(样板与胶粘带粘合处不允许有气泡存在)。将胶粘带自由端对折180度，并从样板上剥开粘合面25mm。把胶粘带自由端和样板分别夹在上、下夹持器上。应使剥离面与试验机力线保持一致。试验机以300mm/min±10mm/min下降速度连续剥离，并由自动记录仪绘出剥离曲线。在剥离的取值范围内，每隔20mm读一个数，至少读3个数，求其平均值。剥离强度越小表明涂层对粘性物质的不粘性越好。评价标准为：剥离强度不大于3N/cm²则认为不粘性合格，否则不合格。

评价项目11：脱膜性

采用喷涂工艺将本发明实施例1-10制备的不粘涂料涂覆到钢制模具表面，并于220℃下固化15min，形成不粘涂层，随后对丁腈橡胶、发泡硅橡胶和氟橡胶进行脱膜性评价。这三种橡胶仅用于解释本发明不粘涂料的脱膜性，而不是用于限制本发明组合物的使用范围。

脱膜性评价标准为：

(1)若脱膜力较小(脱膜力不大于3N/10cm²)、脱膜后制品和模具涂层无缺陷产生，则认为是完成一次脱膜，并继续进行下次脱膜试验，否则应终止脱膜试验。脱膜次数即为终止脱膜前的脱膜次数。

(2)用在橡胶制品模具上的以3500次为标准，看制品或是模具破损程度。

表3实施例1-5的不粘涂料的各项性能测试结果

表4实施例6-10的不粘涂料的各项性能测试结果

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)取5-7.5g洁净的溶剂，向洁净的溶剂中加入7-20gPTFE超微粉、0.5-0.75g分散剂、22-33g树脂，对上述药剂进行混合，形成混合液；

(2)用螺旋桨分散搅拌所述混合液，搅拌速度为200-300rmp，分散时间为1-4h，分散温度小于30℃，得到所述PTFE超微粉的分散液。

2.根据权利要求1所述的一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于：所述PTFE超微粉由调聚法或辐照法制得。

3.根据权利要求1所述的一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于：所述分散液中所述PTFE超微粉的重量为T1，所述分散液中所述树脂与所述PTFE超微粉的总重量为T2，T1/T2的范围为15.2-44.9％。

4.根据权利要求1所述的一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于：所述步骤(2)的螺旋桨分散搅拌的搅拌速度为250rmp。

5.根据权利要求1所述的一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于：所述步骤(2)的分散时间为3h。

6.根据权利要求1所述的一种PTFE超微粉的分散方法，其特征在于：所述分散液细度小于等于10μm。

7.采用如权利要求1所述的分散方法直接获得的分散液在不粘涂料中的应用，其特征在于包括如下步骤：

(1)计量称取0.5-0.75g所述分散剂、22-33g所述树脂、0.8-1g流平剂、0.3-0.5g消泡剂、0.1-0.5g不粘助剂、5-10g滑石粉、5-8g所述溶剂、5-10g颜料、1-2g气相二氧化硅，将上述药剂加入到研磨罐中；

(2)对所述研磨罐里的药剂进行研磨分散2-6h，过滤后得到母料；

(3)将所述母料加入到所述分散液中，并搅拌均匀，得到所述分散液的不粘涂料；

(4)将所述不粘涂料通过空气喷涂的方法喷涂于预先脱脂、打磨、清洗后的金属基材上，喷涂后将所述金属基材在220℃下烘烤15min形成不粘涂层。

8.根据权利要求7所述的分散液在不粘涂料中的应用，其特征在于：所述分散剂为带有活性官能团的高分子聚羟酸盐类分散剂。

9.根据权利要求7所述的分散液在不粘涂料中的应用，其特征在于：所述溶剂为醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯及二甲苯中的一种或几种组成的混合溶剂。

10.根据权利要求7所述的分散液在不粘涂料中的应用，其特征在于：所述树脂为聚氨酯树脂、环氧聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种。