CN106634514A - 一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法 - Google Patents

一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，包括：空心氧化铝陶瓷微球的制备：经超声、磁力搅拌、水热、热处理等步骤处理原料硝酸铝和单糖，得到粒径均一的空心氧化铝陶瓷微球；将所得陶瓷微球与水性聚氨酯共混，经高速分散、超声、旋涂、固化得到复合涂层。本发明采用无毒易得原料，制备过程简单，工艺可控，成本低，重复性好，空心氧化铝陶瓷微球分布均匀。制备得到的复合涂层具有环保、轻质、高强度、高硬度、高透波、低热导、低红外发射率、优异耐磨性和耐候性等特点；可以应用隔热保温涂层和红外隐身等领域。

Description

一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法
技术领域
本发明属于功能型复合涂层技术领域，涉及一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法。
背景技术
近年来，能源消耗问题越发严峻，人们对节能减排材料的需求日益增加。兼具隔热耐磨性能的多功能涂层可有效降低涂层表面及内部温度，延长设备寿命，对节能降耗有十分重要的意义。多功能涂层由成膜物质和功能性填料构成。成膜物质多由树脂构成，传统溶剂型树脂包含大量可挥发有机化合物，危害环境且耐水性较差，极大地限制了其应用。氧化铝片、钛白粉、二氧化硅、氧化锌等功能性填料在一定程度上增强了涂层的强度、硬度、耐磨、等力学性能并赋予涂层隔热、抗菌等特性。但其密度高、均匀性差等缺点限制了涂层轻质化的应用与发展。
文献1“司从辉，司大勇，陈安全等.一种纳米氧化铝改性丙烯酸树脂型粉末涂料，中国，CN104945972B.2014”公开了一种制备具有优异附着力、耐候性、耐腐蚀性的氧化铝改性丙烯酸树脂型粉末涂料的方法。但是，该方法以实心氧化铝为功能性填料，所得涂层密度较大且生产工艺过程复杂，不易控制。
文献2“王芳芳，郭涵瑜，李绩.有机-无机复合型纳米隔热防火涂料的制备及性能研究[J].建筑科学，2015，31:24-28.”公开了一种制备有机-无机复合型纳米隔热防火涂料的方法。该涂料以水性丙烯酸酯乳液与水性环氧树脂乳液复合作为有机成膜物，纳米氢氧化铝、陶瓷空心微珠、二氧化钛等为无机填料制备出性能优异的隔热防火涂料。但是，所得涂料在受热环境下会分解生成H2O，形成气孔，加速涂层力学性能失效。
可见：传统溶剂型聚氨酯基涂层存在污染环境、耐水性差、密度较高等缺点
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，该复合涂层以水性聚氨酯为成膜物质，空心氧化铝陶瓷球为功能性填料。该方法具有制备工艺简单、成本低廉、反应可控等优点。
技术方案
一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将Al(NO3)3·9H2O︰单糖︰去离子水按质量比1︰(2～4)︰(20～40)混合，超声处理和磁力搅拌后获得均匀溶液；将所得溶液置于聚四氟乙烯反应釜内胆中，在150～220℃温度下保温2～24h，得到褐色凝胶状液体；采用去离子水洗涤褐色凝胶状液体至pH值为7，真空抽滤得到固态样品，在40～80℃真空条件下干燥8～40h；
步骤2：将步骤1烘干产物置于氧化铝坩埚中，在空气气氛下，于1200～1500℃热处理1～10h，得到空心氧化铝陶瓷微球；所得空心氧化铝陶瓷微球粒径为0.1～5μm。
步骤3：将空心氧化铝陶瓷微球研磨，按质量分数1～50wt％与水性聚氨酯进行共混，3000～6000rpm转速下高速分散0.1～1.5h，超声分散10～120min，得到均匀分散液；将分散液均匀涂抹在圆形载玻片上，用旋涂机进行旋涂，获得厚度均匀的湿膜；所述旋涂参数如下：低速500～1000r/min，时间10～30s；高速1600～2000r/min，时间5～60s；
步骤4：将所得湿膜在40～80℃真空条件下固化0.5～4h；在固化后的载玻片上重复上述步骤，得到不同厚度的空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。所用成膜物质为水性聚氨酯。
所述步骤2的超声处理为10～60min。
所述步骤2的磁力搅拌为10～60min。
所述单糖可为果糖或葡萄糖。
有益效果
本发明提出的一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，将空心氧化铝陶瓷微球与水性聚氨酯复合形成涂层。水性聚氨酯以水为溶剂，具有环保、无毒、相容性好、强度高、韧性好、优异耐磨性等优点，克服了传统溶剂型树脂耐水性差、污染环境等缺点，成为未来涂层领域的研究热点。空心氧化铝陶瓷微球具有高强度、高硬度、热膨胀系数小、抗热震、收缩率低、耐磨、耐腐蚀、透波和低红外发射等优良物理化学性能。
本发明制备的空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层，克服了溶剂型树脂污染环境、耐水性差的缺点，增强了涂层的强度、硬度、耐磨性、耐候性。此外，空心氧化铝陶瓷微球低红外发射率、低热导率，高透波率等性质拓宽了涂层在隔热和电磁波隐身等领域的应用。具有环保、质轻、隔热、耐磨、耐腐蚀、透波、低红外发射等优良性能的复合涂层的方法。该复合涂层以水性聚氨酯为成膜物质，空心氧化铝陶瓷球为功能性填料。该方法具有制备工艺简单、成本低廉、反应可控等优点。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施实例一
本实施例包括以下步骤：
称量2gAl(NO3)3·9H2O、5g葡萄糖，加入到70ml去离子水中，超声10min，磁力搅拌10min，置入100ml聚四氟乙烯反应釜中，在160℃下保温24h；将所得褐色胶凝状液体用去离子水洗涤至溶液pH值约为7，真空抽滤后在80℃下真空干燥24h；将所得产物放入高温管式炉，1200℃烧结2h，即得到空心氧化铝陶瓷微球。
取0.01g空心氧化铝陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，6000rpm转速下高速分散1.5h，超声分散0.5h。将所得分散液用旋涂机进行涂膜，旋涂机低速600r/min，时间30s，高速1800r/min，时间20s；将所得湿膜放入真空干燥箱中，80℃下真空干燥0.5h，即得到空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。
实施实例二
本实施例包括以下步骤：
称量1gAl(NO3)3·9H2O、3g果糖混合，加入到70ml去离子水中，超声20min，磁力搅拌20min，置入100ml聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下保温22h；将所得褐色胶凝状液体用去离子水洗涤至溶液pH值约为7，真空抽滤后在80℃下真空干燥24h；将所得产物放入高温管式炉，1300℃烧结5h，即得到空心氧化铝陶瓷微球。
取0.1g空心氧化铝陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，3000rpm转速下高速分散1.5h，超声分散0.1h。将所得分散液用旋涂机进行涂膜，旋涂机低速500r/min，时间30s，高速2000r/min，时间20s；将所得湿膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。
实施实例三
本实施例包括以下步骤：
(1)称量4gAl(NO3)3·9H2O、10g果糖混合，加入到70ml去离子水中，超声60min，磁力搅拌60min，置入100ml聚四氟乙烯反应釜中，在220℃下保温2h；将所得褐色胶凝状液体用去离子水洗涤至溶液pH值约为7，真空抽滤后在80℃下真空干燥24h；将所得产物放入高温管式炉，1500℃烧结1h，即得到空心氧化铝陶瓷微球。
(2)取0.5g空心氧化铝陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，6000rpm转速下高速分散1h，超声分散1h。将所得分散液用旋涂机进行涂膜，旋涂机低速800r/min，时间20s，高速2000r/min，时间5s；将所得湿膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。
实施实例四
本实施例包括以下步骤：
(1)称量2gAl(NO3)3·9H2O、5g果糖混合，加入到70ml去离子水中，超声30min，磁力搅拌30min，置入100ml聚四氟乙烯反应釜中，在200℃下保温18h；将所得褐色胶凝状液体用去离子水洗涤至溶液pH值约为7，真空抽滤后在60℃下真空干燥18h；将所得产物放入高温管式炉，1400℃烧结1h，即得到空心氧化铝陶瓷微球。
(2)取1g空心氧化铝陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，4500rpm转速下高速分散0.1h，超声分散2h。将所得分散液用旋涂机进行涂膜，旋涂机低速1000r/min，时间10s，高速2000r/min，时间60s；将所得湿膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。

Claims (4)

1.一种空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将Al(NO3)3·9H2O︰单糖︰去离子水按质量比1︰(2～4)︰(20～40)混合，超声处理和磁力搅拌后获得均匀溶液；将所得溶液置于聚四氟乙烯反应釜内胆中，在150～220℃温度下保温2～24h，得到褐色凝胶状液体；采用去离子水洗涤褐色凝胶状液体至pH值为7，真空抽滤得到固态样品，在40～80℃真空条件下干燥8～40h；
步骤2：将步骤1烘干产物置于氧化铝坩埚中，在空气气氛下，于1200～1500℃热处理1～10h，得到空心氧化铝陶瓷微球；
步骤3：将空心氧化铝陶瓷微球研磨，按质量分数1～50wt％与水性聚氨酯进行共混，3000～6000rpm转速下高速分散0.1～1.5h，超声分散10～120min，得到均匀分散液；将分散液均匀涂抹在圆形载玻片上，用旋涂机进行旋涂，获得厚度均匀的湿膜；所述旋涂参数如下：低速500～1000r/min，时间10～30s；高速1600～2000r/min，时间5～60s；
步骤4：将所得湿膜在40～80℃真空条件下固化0.5～4h；在固化后的载玻片上重复上述步骤，得到不同厚度的空心氧化铝陶瓷微球/水性聚氨酯复合涂层。
2.根据权利要求1所述空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2的超声处理为10～60min。
3.根据权利要求1所述空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2的磁力搅拌为10～60min。
4.根据权利要求1所述空心氧化铝陶瓷微球改性聚氨酯涂层的制备方法，其特征在于：所述单糖可为果糖或葡萄糖。
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