CN109868054A - 一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金模板材料技术领域，公开了一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法，按质量份数，包括改性纳米碳纤维6‑8份、纳米Al2O38‑10份、有机硅树脂15‑20份、聚酰胺树脂20‑25份、肥皂油8‑12份、增稠剂0.2‑0.6份、柴油10‑30份。本发明能够在铝合金模板生产工厂内喷涂在铝合金模板的表面，直接在建筑施工现场多次重复使用，大大提高铝合金模板的施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金模板材料技术领域，尤其涉及一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法。
背景技术
在建筑工程施工中，因国家倡导的绿色施工，低碳施工，促成了铝合金模板企业应运而生，替代了传统木模板的使用，实现了建筑产业化的需求。在铝合金模板施工中，铝合金模板在混凝土成型前对混凝土进行固定，混凝土形成一定强度后又必须拆除模板。混凝土脱模剂又称模板分离剂或隔离剂，是一种涂覆或喷洒在模板内壁上，在模板与混凝土表面之间起隔离与润滑作用，用以克服模板与混凝土表面的粘结力，使混凝土在拆模时可以顺利地脱离模板的外加剂，既保持混凝土形状完好无损又保护模板不致损坏。
脱模剂分类按外观分为固态、溶液、乳液和膏状；按作用效果分为一次性和长效性；按化学成分分为皂类、纯油类、水质类、乳化油类、溶剂类、聚合物类、化学活性脱模剂、油漆类和有机高分子类等。申请号为CN201510617176.6的专利公开了一种纳米二氧化钛增强型混凝土脱模剂，由如下重量份数的原料制成：纳米二氧化钛5-8份、松香甘油酯80-90份、聚醚改性硅油50-60份、沸石粉15-20份、火山土15-20份、硬脂酸酰胺12-18份、聚酰胺树脂10-15份、皂角粉10-15份、肥皂油10-15份、司盘8-12份、润滑脂6-10份、米糠蜡6-10份、酒石酸4-7份、橘皮油30-40份、水300-350份。此专利所制脱模剂具有良好的脱模性能，可使模板与混凝土顺利脱模，并保持混凝土表面光滑平整，棱角整齐无损。
上述专利方案虽然在铝合金模板施工中，达到了很好的脱模效果，但是其在使用时，铝合金模板每施工一次，就需要在铝合金模板上刷一次脱模剂，并不能多次的重复使用，这样就对施工的工作效率产生了较大影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法，该纳米涂料能够在铝合金模板生产工厂内喷涂在铝合金模板的表面，直接在建筑施工现场重复，大大提高铝合金模板的施工效率。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种用于铝合金模板的高效纳米涂料，按质量份数，包括改性纳米碳纤维6-8份、纳米Al2O38-10份、有机硅树脂15-20份、聚酰胺树脂20-25份、肥皂油8-12份、增稠剂0.2-0.6份、柴油10-30份。
进一步，所述涂料还包括紫外线屏蔽剂3-5份，所述紫外线屏蔽剂为填充有纳米ZnO和纳米TiO2的SiO2多孔微球。
进一步，所述涂料包括改性纳米碳纤维7份、纳米Al2O39份、有机硅树脂18份、聚酰胺树脂22份、肥皂油10份、增稠剂0.4份、柴油20份、紫外线屏蔽剂4份。
进一步，所述改性纳米碳纤维为纳米四氟乙烯接枝后的改性纳米碳纤维，所述改性纳米碳纤维的长度为50-70μm，改性纳米碳纤维的直径为100-150nm。
进一步，所述涂料的制备方法，包括以下步骤：
A1、取10-15份长度为40-60μm、直径为80-130nm干燥的碳纤维和30-40份的硝酸混合，在50-100kHz的超声波下处理3-5小时，然后加热到100-150℃，搅拌中反应3-5小时，使用去离子水洗涤，抽滤，在100-120℃温度下真空干燥12-16小时，得到酸化的碳纤维；
A2、将步骤A1得到的酸化碳纤维，加入到有机溶剂中并添加0.2-0.3份缩合剂进行混合，超声波处理，以频率80kHz超声波20min、以频率100kHz超声波20min、以频率120kHz超声波20min为一个周期循环处理5-8小时，在温度为100-150℃下反应12-24小时后，添加二元胺1-2份和缩合剂0.2-0.4份，再反应12-24小时，得到接枝有氨基的碳纤维溶液；
A3、将步骤A2得到的碳纤维溶液加入10-15份的纳米四氟乙烯粉末和2-3份的催化剂，加热到100-150℃，并使用120-150kHz超声波处理5-8小时，滤纸抽滤，在100-120℃温度下真空干燥12-16小时，得到改性纳米碳纤维；
A4、将步骤A3得到的改性纳米碳纤维，加入到柴油中，并加入有机硅树脂、聚酰胺树脂、纳米Al2O3、肥皂油、增稠剂，加热到80-100℃搅拌均匀，得到涂料。
本发明原理：碳纤维具有高强度、耐腐蚀的性能，将其酸化接枝氨基后，再与纳米四氟乙烯进行缩合反应，得到接枝纳米四氟乙烯的改性碳纤维，纳米四氟乙烯具有抗酸碱和高润滑性的性能，将纳米四氟乙烯接枝到碳纤维上，得到的改性纳米碳纤维具有了优良的高强度、耐腐蚀性、抗碱性以及润滑性能，而铝合金模板的脱模剂若需要能够重复使用，需要具有高强度、耐腐蚀、抗碱以及润滑的性能；聚酰胺树脂和有机硅树脂具有优良的热氧化稳定性，也作为与铝合金模板基材的粘附剂，广泛用于铝合金模板的脱模剂行业；纳米Al2O3具有多孔性，纳米碳纤维分子可以填充到纳米Al2O3中的孔隙内，减少纳米碳纤维在使用过程中的损耗，使得铝合金模板的使用时间更长；肥皂油作为一种疏水型油脂润滑剂，可以使得涂料润滑性能更好；柴油作为一种有机溶剂，可以对整个涂料的各成分进行你那个溶解；增稠剂的加入可以使得涂料具有合适的粘度。
在建筑施工场地，铝合金模板一般长时间置于阳光暴晒裸露的环境，而涂料中含有树脂、肥皂油等润滑物质，树脂和肥皂油等润滑物质在暴晒的环境中受紫外线影响很容易分解，导致铝合金模板涂料的使用时间减少，在涂料中加入填充有纳米ZnO和纳米TiO2的SiO2复合物，其中TiO2和ZnO具有较强的屏蔽紫外线的功能，能够大量的吸收阳光中的紫外线，减少紫外线对铝合金模板涂层的催化分解，而二氧化硅具有较好的耐磨性和耐候性，将TiO2和ZnO填充于棒状多孔结构SiO2，可延长涂覆本涂料涂层的铝合金模板的使用次数。
进一步，所述紫外线屏蔽剂的制备方法，包括以下步骤：
B1、取10-16份的正硅酸四乙酯，溶解于***溶液中，再加入3-5份的聚乙二醇和4-6份的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，搅拌均匀后静置12-24小时，然后加热至100-120℃反应12-16小时后，将产物抽滤干燥，在600-700℃煅烧2-3小时，制备得到短棒状介孔SiO2；
B2、取4-6份步骤B2得到的短棒状介孔SiO2置于容器中，加入水20-30份，搅拌均匀后，加入2-3份的纳米TiO2和3-4份的ZnO，于80-100r/min的转速下同向搅拌10-20min，抽滤，在80-100℃温度下真空干燥，得到紫外线屏蔽剂。
进一步，所述步骤B1中，对短棒状介孔SiO2进行锌接枝，包括以下步骤：
C1、取步骤B1中得到的短棒状介孔SiO2，加入盐酸，在搅拌下活化处理10-15min；
C2、取出活化后的SiO2粉末，清水冲洗干净后，加入30-40份0.1-0.2mol/L的HF，在30-80r/min的搅拌下加热至60-70℃，保持15min，得到混合液A；
C3、向混合液A中，加入0.1-0.2mol/L的ZnCl210-16份和0.1-0.2mol/L的TBDPS溶液15-20份，加热至温度60-70℃，得到混合液B；
C4、将混合液B滤干，在40-50℃的环境下烘干即可，得到锌接枝SiO2。
在短棒状介孔SiO2上接枝金属Zn，本涂料在喷涂到铝合金模板上后，需要进行400℃的高温的烘烤，在高温烘烤下，金属Zn与铝合金模板粘附更紧，可以进一步的增加紫外线屏蔽剂与铝合金模板的粘附力，在脱模时，涂料不容易脱落，进一步增加涂料的铝合金模板的使用次数。
本发明的有益效果：
(1)本发明的涂料中包含改性纳米碳纤维、纳米Al2O3、有机硅树脂、聚酰胺树脂、肥皂油、增稠剂、柴油成分，具有高强度、耐腐蚀、抗碱以及润滑的性能，并且涂料还具有纳米ZnO和纳米TiO2的SiO2复合物作为紫外线屏蔽剂，可抵抗紫外线对铝合金模板涂层的催化分解，延长涂覆本涂料涂层的铝合金模板的使用次数；
(2)本发明的紫外线屏蔽剂，利用锌接枝的短棒状介孔SiO2负载具有紫外线屏蔽功能的TiO2和ZnO，可以进一步的增加紫外线屏蔽剂与铝合金模板的粘附力，在脱模时，涂料不容易脱落，进一步增加涂覆涂料的铝合金模板的使用次数。
具体实施方式
实施例1、
紫外线屏蔽剂的制备，进行如下步骤：
B1、取13kg的正硅酸四乙酯，溶解于***溶液中，再加入4kg的聚乙二醇和5kg的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，搅拌均匀后静置16小时，然后加热至100-120℃反应14小时后，将产物抽滤干燥，在600-700℃煅烧2.5小时，制备得到长为1.2-1.6μm、宽为300-400nm、孔径为3-8nm的短棒状介孔SiO2；
B2、取步骤B1中得到的短棒状介孔SiO2，加入0.4mol/L的盐酸25kg，在搅拌下活化处理10-15min；取出活化后的SiO2粉末，清水冲洗干净后，加入0.1-0.2mol/L的HF35kg，在30-80r/min的搅拌下加热至60-70℃，保持15min，得到混合液A；向混合液A中，加入0.1-0.2mol/L的ZnCl213kg和0.1-0.2mol/L的TBDPS溶液17.5kg，加热至温度60-70℃，得到混合液B；将混合液B滤干，在40-50℃的环境下烘干即可，得到锌接枝SiO2。
B3、取步骤B2得到的锌接枝SiO25kg置于容器中，加入水20-30kg，搅拌均匀后，加入2.5kg的纳米TiO2和3.5kg的ZnO，于80-100r/min的转速下同向搅拌10-20min，滤纸抽滤，在80-100℃温度下真空干燥，得到紫外线屏蔽剂。
改性纳米碳纤维制备，进行如下步骤：
A1、取12.5kg长度为40-60μm、直径为80-130nm干燥的碳纤维和35kg的硝酸混合，在75kHz的超声波下处理4小时，然后加热到100-150℃，搅拌中反应4小时，使用去离子水洗涤，滤纸抽滤，在100-120℃温度下真空干燥12-16小时，得到酸化的碳纤维；
A2、将步骤A1得到的酸化碳纤维，加入到有机溶剂中并添加缩合剂0.25kg进行混合，以120-150kHz超声波处理7小时，在温度为100-150℃下反应16小时后，添加二元胺1.5kg和缩合剂0.3kg，再反应12-24小时，得到接枝有氨基的碳纤维溶液；
A3、将步骤A2得到的碳纤维溶液加入12.5kg的纳米四氟乙烯粉末和2.5kg的催化剂，加热到100-150℃，并使用120-150kHz超声波处理7小时，超声波处理时，超声波80kHz、100kHz和120kHz交叉处理，每个频率超声波处理20min，滤纸抽滤，在100-120℃温度下真空干燥14小时，得到改性纳米碳纤维，如此制备的改性纳米碳纤维的长度为50-70μm，改性纳米碳纤维的直径为100-150nm；
实施例2、和实施例3
实施例2和实施例3与实施例1对比，其区别仅仅在于，部分物质进行了如下的含量变化；
| 物质 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 正硅酸四乙酯 | 13.0 | 10.0 | 16.0 |
| 聚乙二醇 | 4.0 | 3.0 | 5.0 |
| 聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯 | 5.0 | 4.0 | 6.0 |
| ZnCl<sub>2</sub> | 13.0 | 10.0 | 16.0 |
| TBDPS | 17.5 | 15.0 | 20.0 |
| 锌接枝SiO<sub>2</sub> | 5.0 | 4.0 | 6.0 |
| 纳米TiO<sub>2</sub> | 2.5 | 2.0 | 3.0 |
| TiO<sub>2</sub> | 3.5 | 3.0 | 4.0 |
| 碳纤维 | 12.5 | 10.0 | 15.0 |
| 二元胺 | 1.5 | 1.0 | 2.0 |
| 纳米四氟乙烯 | 12.5 | 10.0 | 15.0 |
实施例4、
涂料的制备方法：
将实施例1中步骤A3得到的改性纳米碳纤维6kg，加入到10kg的柴油中，并加入有机硅树脂15kg、聚酰胺树脂20kg、纳米Al2O38kg、肥皂油8kg、增稠剂0.2kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
实施例5、
涂料的制备方法：
将实施例1中步骤A3得到的改性纳米碳纤维7kg，加入到20kg的柴油中，并加入有机硅树脂17.5kg、聚酰胺树脂22.5kg、纳米Al2O39kg、肥皂油10kg、增稠剂0.4kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
实施例6、
涂料制备方法：
将实施例1中步骤A3得到的改性纳米碳纤维8kg，加入到30kg的柴油中，并加入有机硅树脂20kg、聚酰胺树脂25kg、纳米Al2O310kg、肥皂油12kg、增稠剂0.6kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
实施例7、
将实施例1中步骤A3得到的改性纳米碳纤维，取改性纳米碳纤维7kg，加入到20kg的柴油中，并加入有机硅树脂17.5kg、聚酰胺树脂22.5kg、纳米Al2O39kg、肥皂油10kg、增稠剂0.4kg、实施例1中得到的紫外线屏蔽剂4kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
实施例8、
将实施例2中步骤A3得到的改性纳米碳纤维，取改性纳米碳纤维7kg，加入到20kg的柴油中，并加入有机硅树脂17.5kg、聚酰胺树脂22.5kg、纳米Al2O39kg、肥皂油10kg、增稠剂0.4kg、实施例2中得到的紫外线屏蔽剂4kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
实施例9、
将实施例3中步骤A3得到的改性纳米碳纤维，取改性纳米碳纤维7kg，加入到20kg的柴油中，并加入有机硅树脂17.5kg、聚酰胺树脂22.5kg、纳米Al2O39kg、肥皂油10kg、增稠剂0.4kg、实施例3中得到的紫外线屏蔽剂4kg，加热到90℃搅拌均匀，得到涂料。
将上述实施例4-实施例9制备得到的涂料，通过涂覆在铝合金模板上，并进行400℃烘烤10min后，对得到的铝合金模板进行混凝土脱模试验，得到如下试验数据：
| 实施例 | 平均铝合金模板使用次数 |
| 实施例4 | 176 |
| 实施例5 | 203 |
| 实施例6 | 168 |
| 实施例7 | 298 |
| 实施例8 | 254 |
| 实施例9 | 238 |
从上述试验数据可以看出：
1、从实施例4-实施例7的对比数据可以看出，在涂料中添加本方法制备的紫外线屏蔽剂，可以大大的增大铝合金模板的使用次数。
2、从实施例7-实施例9的对比数据可以看出，当涂料配方处于实施例7时，铝合金模板的使用次数最多。
因此，本发明的涂料中包含改性纳米碳纤维、纳米Al2O3、有机硅树脂、聚酰胺树脂、肥皂油、增稠剂、柴油成分，具有高强度、耐腐蚀、抗碱以及润滑的性能，并且涂料还具有纳米ZnO和纳米TiO2的SiO2复合物作为紫外线屏蔽剂，可抵抗紫外线对铝合金模板涂层的催化分解，延长涂覆本涂料涂层的铝合金模板的使用次数；并且本发明的紫外线屏蔽剂，利用锌接枝的短棒状介孔SiO2负载具有紫外线屏蔽功能的TiO2和ZnO，可以进一步的增加紫外线屏蔽剂与铝合金模板的粘附力，在脱模时，涂料不容易脱落，进一步增加铝合金模板的使用次数。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (7)
1.一种用于铝合金模板的高效纳米涂料，其特征在于：按质量份数，包括改性纳米碳纤维6-8份、纳米Al2O38-10份、有机硅树脂15-20份、聚酰胺树脂20-25份、肥皂油8-12份、增稠剂0.2-0.6份、柴油10-30份。
2.根据权利要求1所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料，其特征在于：所述涂料还包括紫外线屏蔽剂3-5份，所述紫外线屏蔽剂为填充有纳米ZnO和纳米TiO2的SiO2多孔微球。
3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料，其特征在于：所述涂料包括改性纳米碳纤维7份、纳米Al2O39份、有机硅树脂18份、聚酰胺树脂22份、肥皂油10份、增稠剂0.4份、柴油20份、紫外线屏蔽剂4份。
4.根据权利要求3所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料，其特征在于：所述改性纳米碳纤维为纳米四氟乙烯接枝改性后的碳纤维，所述改性纳米碳纤维的长度为50-70μm，改性纳米碳纤维的直径为100-150nm。
5.根据权利要求4所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
A1、取10-15份长度为40-60μm、直径为80-130nm干燥的碳纤维和30-40份的硝酸混合，在50-100kHz的超声波下处理3-5小时，然后加热到100-150℃，搅拌中反应3-5小时，使用去离子水洗涤，抽滤，在100-120℃温度下真空干燥12-16小时，得到酸化的碳纤维；
A2、将步骤A1得到的酸化碳纤维，加入到有机溶剂中并添加0.2-0.3份缩合剂进行混合，超声波处理，以频率80kHz超声波20min、以频率100kHz超声波20min、以频率120kHz超声波20min为一个周期循环处理5-8小时，在温度为100-150℃下反应12-24小时后，添加二元胺1-2份和缩合剂0.2-0.4份，再反应12-24小时，得到接枝有氨基的碳纤维溶液；
A3、将步骤A2得到的碳纤维溶液加入10-15份的纳米四氟乙烯粉末和2-3份的催化剂，加热到100-150℃，并使用120-150kHz超声波处理5-8小时，滤纸抽滤，在100-120℃温度下真空干燥12-16小时，得到改性纳米碳纤维；
A4、将步骤A3得到的改性纳米碳纤维，加入到柴油中，并加入有机硅树脂、聚酰胺树脂、纳米Al2O3、肥皂油、增稠剂，加热到80-100℃搅拌均匀，得到涂料。
6.根据权利要求5所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法，其特征在于：所述紫外线屏蔽剂的制备方法，包括以下步骤：
B1、取10-16份的正硅酸四乙酯，溶解于***溶液中，再加入3-5份的聚乙二醇和4-6份的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，搅拌均匀后静置12-24小时，然后加热至100-120℃反应12-16小时后，将产物抽滤干燥，在600-700℃煅烧2-3小时，制备得到短棒状介孔SiO2；
B2、取4-6份步骤B2得到的短棒状介孔SiO2置于容器中，加入水20-30份，搅拌均匀后，加入2-3份的纳米TiO2和3-4份的ZnO，于80-100r/min的转速下同向搅拌10-20min，抽滤，在80-100℃温度下真空干燥，得到紫外线屏蔽剂。
7.根据权利要求6所述的一种用于铝合金模板的高效纳米涂料及其制备方法，其特征在于：所述步骤B1中，对短棒状介孔SiO2进行锌接枝，包括以下步骤：
C1、取步骤B1中得到的短棒状介孔SiO2，加入盐酸，在搅拌下活化处理10-15min；
C2、取出活化后的SiO2粉末，清水冲洗干净后，加入30-40份0.1-0.2mol/L的HF，在30-80r/min的搅拌下加热至60-70℃，保持15min，得到混合液A；
C3、向混合液A中，加入0.1-0.2mol/L的ZnCl210-16份和0.1-0.2mol/L的TBDPS溶液15-20份，加热至温度60-70℃，得到混合液B；
C4、将混合液B滤干，在40-50℃的环境下烘干即可，得到锌接枝SiO2。
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