CN106905841B - 低温固化的聚醚砜涂料组合物及其制备方法与涂覆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的低温固化的聚醚砜涂料组合物及其制备方法与涂覆工艺，属于涂料技术领域。该低温固化的聚醚砜涂料组合物由聚醚砜树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、固化剂、稀释剂组成，其制备工艺是在3200～3800r/min的搅拌转速下，将聚醚砜树脂溶于由二甲基乙酰胺、甲苯、丁酮组成的复合溶剂中，再依次加入聚四氟乙烯和环氧树脂，于砂磨机中研磨2～6小时，并于喷涂之前加入固化剂，搅拌0.2～0.5小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的金属底材上，在150～170℃下烘干2～6小时。本发明实现了聚醚砜涂料的低温固化，制备的涂层具有良好的附着力、耐冲击性、耐磨性、疏水性以及耐腐蚀性等，制备及涂覆工艺操作简单，生产设备易实现，适用范围较广。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低温固化的聚醚砜涂料组合物及其制备方法。
背景技术
涂料，一个人类生活中十分重要的角色，大到重大器材，小到锅碗瓢盆，人类的生活离不开涂料的使用。涂料以其优异的保护和装饰功能获得了很广泛的市场应用。涂料，主要由成膜物质、颜填料、溶剂和助剂组成，其中最主要的是成膜物质。近些年，随着工业的发展，出现了很多具有优良性能的高分子树脂代替早期的天然物质作为成膜物质。聚醚砜树脂就是其中之一。
聚醚砜树脂具有耐高温、抗蠕变、耐腐蚀、机械性能好等特点，以聚醚砜为主体树脂制备的涂料还具有在铁、铝等金属上附着力强、涂层综合性能好等优点，因此，近年来，聚醚砜涂料得到了很好的应用，因此研究人员对其开展了广泛的研究。如：
在专利《金属管道内壁用热塑性耐高温防粘防腐涂料及其制备方法》，申请公布号CN103194146A中，提到了一种聚醚砜涂料的制备方法，但此方法制备的涂料需要在涂覆后进行高温固化才能达到良好的涂层性能，若在150～170℃的温度下固化，经测试，所得涂层在5％NaCl盐雾环境中，3-5天即产生锈点，在酸碱盐溶液中浸泡，3-5天涂层即有漏点，可见其性能与高温固化所得涂层性能差异较大。
在专利《一种聚醚砜耐磨防腐涂料及其制备方法和应用》，申请公布号CN105238260A中，提到所制备聚醚砜涂料要在360～390℃下进行固化。
在专利《炊具、家电用高、低温烧结PES防粘涂料的制备》，公开号CN1168403A中，提到所制备聚醚砜涂料要在380℃下烧结20分钟。此外，此专利也提到可以低温固化，但仍需至少280℃的烧结温度，否则不能形成理想涂层，此温度仍较高，能源损耗问题仍较严重。
在专利《底涂组合物和其在金属表面涂装氟树脂的应用》，申请公布号CN1145627A中，提到所制备聚醚砜涂料要在350～400℃下进行烧结10～40分钟。
在专利《聚醚砜超细微粉、其用途以及含有聚醚砜超细微粉的涂料及它们的制备方法》，申请公布号CN104974661A中，提到所制备聚醚砜涂料要在360℃的高温下烘干固化成膜。
从以上研究的结果可以发现，现有的聚醚砜涂料在涂覆之后都需要经过高温烘烤固化(300℃以上)才能形成性能较好的涂层，而高温固化存在操作不便、能源损耗较大、成本较高、设备改造困难、不易实现等问题。
发明内容
本发明目的在于解决聚醚砜涂料需高温固化而在低温固化时存在性能明显降低的缺点与不足，提供了一种在低温下固化也能够具备优异性能的聚醚砜涂料组合物及其制备方法。
本发明所采用的技术方案具体如下：
一种低温固化的聚醚砜涂料组合物，主要包括如下组分：
聚醚砜树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、固化剂和稀释剂；
所述的低温固化的聚醚砜涂料中聚醚砜树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、固化剂、稀释剂的质量比通常为15～20：2.5～4：1～6：1.2～3：55～80；
所述聚醚砜树脂为羟基封端的聚醚砜树脂，此类聚醚砜树脂的羟基端基活性较高，易与其他基团反应交联，使涂层更致密，更好的阻止腐蚀介质与底材接触。其结构简式为
其中n＝50～130，聚醚砜树脂的对数比浓粘度为0.28～0.38，此粘度范围下的聚醚砜制备出的涂料粘度适中，适合喷涂。若聚醚砜树脂粘度太大，涂料的流平性不好，由此涂料制得的涂层表面粗糙不平，会影响其性能，甚至此涂料无法实现喷涂；若粘度太低，所得涂料浓度相应会降低，在喷涂时易流挂，还会影响涂层的机械性能。优选对数比浓粘度为0.34。
所述环氧树脂为常见的双酚A型环氧树脂，此环氧树脂是热塑性树脂，但具有热固性，能与多种固化剂、催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物，几乎能满足各种使用要求，而且固化时基本上不产生小分子挥发物，可低压成型，能溶于多种溶剂，固化物有很高的强度和粘接强度。其结构简式为
其中n＝0～25，优选为双酚A型环氧树脂E44。
所述固化剂为酚醛酰胺类化合物和酚醛胺类化合物中的1～2种，这两类固化剂反应活性高，固化速度快，即使是在低温、潮湿环境下也能固化，而且分子中有羟基，能促进固化。优选为改性酚醛酰胺固化剂LITE3100(美国Cardolite公司制造)、酚醛胺固化剂T31中的1～2种。
稀释剂采用由甲苯、丁酮与二甲基乙酰胺按照二甲基乙酰胺、甲苯和丁酮按质量比为30～45:25～35:0～8混合得到。
除上述成分以外，还可向涂料组合物中添加颜填料和相关助剂等，来进一步改善涂料组合物的装饰性和保护性。
颜填料可以添加涂料领域常见的颜料，如铁红、铁黑、钴绿、碳黑、锰黑、三氧化二铬、二氧化钛、珠光粉、二硫化钼、石墨等中的一种或几种组合，可根据所需颜色进行选择添加。
助剂可以添加涂料领域常用的防沉浆助剂等，如有机膨润土、气相二氧化硅等中的一种或几种组合。
颜填料和助剂要在制备过程中随环氧树脂和聚四氟乙烯一起依次加入。
本发明中可低温固化的聚醚砜涂料的制备方法及涂覆工艺如下：
在3200～3800r/min的搅拌转速下，将聚醚砜树脂溶于稀释剂中，再依次加入聚四氟乙烯、颜填料、助剂和环氧树脂，于砂磨机中研磨2～6小时，并于喷涂之前加入固化剂，搅拌0.2～0.5小时进行熟化。
熟化后利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的金属底材上，在150～170℃下烘干2～6小时。
由上述方法制得的涂层需要按照以下标准与方法进行性能测试：
1、样板涂层厚度参考GB/T1764-1979《漆膜厚度测定法》进行测试。
2、样板涂层附着力参考GB9286-98《漆膜附着力测试法》进行测试。
3、样板涂层耐冲击性能参考GB/T20624.1-2006《漆膜耐冲击测定法》进行测试。
4、样板涂层硬度参考GB/T6739-2006《漆膜铅笔硬度测定法》进行测试。
5、样板涂层在化学试剂中的耐腐蚀性能参考GB/T9274-1998《色漆和清漆耐液体介质测试》进行测试。选择10％硫酸、10％氢氧化钠、甲苯、丁酮四种化学试剂作为浸泡介质，浸泡一定时间后，检测涂层是否漏电(即涂层是否有损坏)并观察涂层是否有失光、起泡、脱落等现象的出现。
6、样板涂层在中性盐雾中的耐腐蚀性能参考GB/T1771-1991进行测试，所用仪器为Q-Fog循环盐雾防腐试验箱，测试条件为：5％氯化钠溶液作为电解液，喷雾压力为8psi，环境温度为35℃，一般将样板倾斜15°放置于盐雾箱内，定期记录样板的起泡情况、生锈程度等一些腐蚀现象。
7、接触角测试采用的是上海中晨技术设备有限公司生产的JC2000C2型接触角测定仪测定。接触角的大小可以用来评价涂层表面的疏水及防粘性能，涂层接触角越大，涂层的表面能越低，疏水性能越好。
根据以上测试的结果，可以看出：
1、本发明提供的涂料制得的涂层附着力好，厚度适中，适用性较广。
2、本发明提供的涂料制得的涂层接触角在110°以上，具有较好的疏水性能和防粘性能。
3、本发明提供的涂料制得的涂层耐酸碱盐以及有机溶剂的能力强，防腐性能好，可以适用于各种工作环境下的防腐保护。
本发明提供的可低温固化的聚醚砜涂料以及由此涂料制得的涂层具有如下突出和特点优点：
1、本发明实现了以聚醚砜为主体树脂的涂料的低温固化。
2、本发明提供的涂料避免了高温固化的较多能源损耗、成本较高、操作不便利、设备不易实现等问题。
3、与同样温度下固化的其他聚醚砜涂料相比，本发明提供的涂料所制得的涂层具有更好的性能。
具体实施方式
下面以实施例的方式进一步说明本发明技术方案。
实施例1
在3800r/min的搅拌转速下，将18g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由36g二甲基乙酰胺、28g甲苯、8g丁酮组成的复合溶剂中，再依次加入4g聚四氟乙烯微粉、3.5g三氧化二铬、0.5g二氧化钛、1.4g有机膨润土和3.3g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨2小时，制成涂料。在喷涂之前加入2.3g改性酚醛酰胺固化剂LITE3100(美国Cardolite公司制造)，搅拌0.3小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在168℃下烘干2小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
实施例2
在3600r/min的搅拌转速下，将20g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由42g二甲基乙酰胺、30g甲苯组成的复合溶剂中，再依次加入1g聚四氟乙烯微粉、4g三氧化二铬、1g气相二氧化硅和4g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨4小时，制成涂料。在喷涂之前加入3g改性酚醛酰胺固化剂LITE3100(美国Cardolite公司制造)，搅拌0.4小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在170℃下烘干6小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
实施例3
在3400r/min的搅拌转速下，将15g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由30g二甲基乙酰胺、35g甲苯、8g丁酮组成的复合溶剂中，再依次加入5g聚四氟乙烯微粉、2g石墨、4g二氧化钛、2g有机膨润土和2.5g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨6小时，制成涂料。在喷涂之前加入1.6g改性酚醛酰胺固化剂LITE3100(美国Cardolite公司制造)，搅拌0.5小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在170℃下烘干2小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
实施例4
在3200r/min的搅拌转速下，将20g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由45g二甲基乙酰胺、25g甲苯组成的复合溶剂中，再依次加入6g聚四氟乙烯微粉、2g气相二氧化硅和4g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨5小时，制成涂料。在喷涂之前加入1.2g酚醛胺固化剂T31，搅拌0.2小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在168℃下烘干6小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
实施例5
在3800r/min的搅拌转速下，将15g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由45g二甲基乙酰胺、35g甲苯组成的复合溶剂中，再依次中加入2g聚四氟乙烯微粉、4g二硫化钼和2.5g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨2小时，制成涂料。在喷涂之前加入1.5g改性酚醛酰胺固化剂LITE3100(美国Cardolite公司制造)，搅拌0.3小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在150℃下烘干2小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
实施例6
在3200r/min的搅拌转速下，将18g对数比浓粘度为0.34的聚醚砜树脂溶于由38g二甲基乙酰胺、32g甲苯、4g丁酮组成的复合溶剂中，再依次加入3g聚四氟乙烯微粉、5g二硫化钼、1g有机膨润土和3.5g环氧树脂E44，于砂磨机中研磨6小时，制成涂料。在喷涂之前加入1.2g酚醛胺固化剂T31，搅拌0.3小时进行熟化，利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的钢板上，在150℃下烘干6小时，然后冷却至室温以供测试。
测试结果：
上述实施例提供的可低温固化的聚醚砜涂料，实现了低温固化，相比高温固化，可节约较多能源，而且其制备工艺简单、操作便利、成本低、设备易实现，由此涂料制得的涂膜具有良好的基本性能和防腐蚀性能。实际生产中，可根据所需的性质在本发明所限定的范围内调整各组分添加的比例生产出满足实际需要的涂料，亦可根据所需选择加入不同的颜料改善外观。
Claims (9)
1.一种低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，该组合物组分如下：
聚醚砜树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、固化剂和稀释剂；
所述的低温固化的聚醚砜涂料中聚醚砜树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、固化剂、稀释剂的质量比为15～20：2.5～4：1～6：1.2～3：55～80；所述聚醚砜树脂为羟基封端的聚醚砜树脂，其结构简式为
其中n＝50～130，聚醚砜树脂的对数比浓粘度为0.28～0.38；
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述固化剂为酚醛酰胺类化合物和酚醛胺类化合物中的1～2种；稀释剂采用由甲苯、丁酮与二甲基乙酰胺按照二甲基乙酰胺、甲苯和丁酮质量比为30～45:25～35:0～8混合得到的复合溶剂。
2.根据权利要求1所述低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，聚醚砜树脂的对数比浓粘度为0.34。
3.根据权利要求1所述低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂的结构简式为
其中n＝0～25。
4.根据权利要求3所述低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E44。
5.根据权利要求1所述低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，所述的固化剂为改性酚醛酰胺固化剂LITE3100和/或酚醛胺固化剂T31。
6.根据权利要求1所述低温固化的聚醚砜涂料组合物，其特征在于，所述的涂料组合物还包括颜填料和/或助剂。
7.根据权利要求1所述低温固化的聚醚砜涂料组合物的制备方法，具体步骤如下，在3200～3800r/min的搅拌转速下，将聚醚砜树脂溶于稀释剂中，再依次加入聚四氟乙烯和环氧树脂，于砂磨机中研磨2～6小时，并于喷涂之前加入固化剂，搅拌0.2～0.5小时进行熟化得到产品。
8.根据权利要求6所述低温固化的聚醚砜涂料组合物的制备方法，具体步骤如下，在3200～3800r/min的搅拌转速下，将聚醚砜树脂溶于稀释剂中，再依次加入聚四氟乙烯、颜填料、助剂和环氧树脂，于砂磨机中研磨2～6小时，并于喷涂之前加入固化剂，搅拌0.2～0.5小时进行熟化得到产品。
9.根据权利要求1或6所述低温固化的聚醚砜涂料组合物的涂覆工艺，其特征在于，在涂料组合物熟化后利用空气喷枪和空气压缩机将熟化后的涂料喷涂到经喷砂处理的金属底材上，在150～170℃下烘干2～6小时。
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