CN115322628B - 一种高耐磨氟碳粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐磨氟碳粉末涂料及其制备方法，属于粉末涂料技术领域，包括如下重量份原料：FEVE树脂50‑60份、耐磨粒子3‑4份、耐磨助剂2.5‑3份、固化剂4‑5份、流平剂0.2‑0.3份、抗氧剂0.2‑0.3份，将各原料高速混合、挤出压片、粉碎过筛，制得高耐磨氟碳粉末涂料。本发明通过在涂料中加入经过改性的刚玉作为耐磨粒子，加入经过硅烷偶联剂KH570处理的陶瓷微珠和纳米SiO₂作为耐磨助剂，能够显著提升粉末涂料的耐磨性能，且不会对涂层的综合性能产生负面影响；获得的粉末涂料能够适用于耐磨性要求高的领域，扩大了氟碳粉末涂料的应用范围。

Description

一种高耐磨氟碳粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末涂料技术领域，具体地，涉及一种高耐磨氟碳粉末涂料及其制备方法。

背景技术

粉末涂料因其不含有机溶剂，环保性好，储存、运输方便等优点广泛应用于各领域。氟碳粉末涂料是指以氟树脂为主要成膜物质的粉末涂料，具有特别优越的耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性，而且具有独特的不粘性和低摩擦性。氟碳粉末涂料不含可挥发性化合物(VOC)，减少对人体的伤害，符合ROHS，不含有毒重金属，属于环境友好型涂料。

然而纯氟碳体系粉末涂料在耐磨性能方面存在不足，在某些特殊的场合，对粉末涂料的耐磨性能提出了更高的要求，因此需要对其耐磨性进行提升。现有技术中多采用刚玉、金刚砂等无机耐磨粒子作为增强填料加入至氟碳粉末涂料中以提升其耐磨性能。虽然无机耐磨粒子能够起到一定效果，但是不可否认的是，氟碳树脂对无机纳米粒子的润湿性差，二者之间的结合力弱，因此，无机耐磨粒子难以实现在涂料中的均匀分散，难以更好的发挥耐磨增强特性，且会对涂层的综合性能产生影响。因此，氟碳粉末涂料的耐磨性需要进一步提升改性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高耐磨氟碳粉末涂料及其制备方法。

本发明通过在涂料中加入经过改性的刚玉作为耐磨粒子，加入经过硅烷偶联剂KH570处理的陶瓷微珠和纳米SiO₂作为耐磨助剂，能够显著提升粉末涂料的耐磨性能，且不会对涂层的综合性能产生负面影响；获得的粉末涂料能够适用于耐磨性要求高的领域，扩大了氟碳粉末涂料的应用范围。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高耐磨氟碳粉末涂料，包括如下重量份原料：FEVE树脂(聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂)50-60份、耐磨粒子3-4份、耐磨助剂2.5-3 份、固化剂4-5份、流平剂0.2-0.3份、抗氧剂0.2-0.3份；

该氟碳粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、按上述重量配比称取各原料，采用高速混合机进行混合，混合时间为6-10min；

第二步、将第一步混合后的原料经挤出机中挤出压片，再经冷却、粉碎、过筛，得到氟碳粉末涂料。

进一步地，流平剂为流平剂RB788，该流平剂可以不使用安息香。

进一步地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂KY-1010。

进一步地，固化剂为三聚体755K固化剂(多异氰酸酯)。

进一步地，所述耐磨助剂由陶瓷微珠和纳米SiO₂按照质量比1:1复配而成，且在使用前，经过硅烷偶联剂KH570处理；

具体处理过程如下：

将陶瓷微珠和纳米SiO₂加入甲苯中，超声分散1h，加入质量分数为 20％的KH570的甲苯溶液，于60℃下反应6h，反应结束后立即抽滤，并用无水乙醇反复洗涤，产物在45℃下真空干燥，完成处理过程；

陶瓷微珠和纳米SiO₂、甲苯、KH570的甲苯溶液三者的用量比为 1g:30mL:10mL；

陶瓷微珠和纳米SiO₂经过KH570处理后加入涂料中，能够改善与涂料基体的相容性，形成耐磨性好的Si-0-Si共价键网络与树脂体系均匀混合，形成致密涂层，从而辅助提升涂层的耐磨性能。

进一步地，耐磨粒子通过如下步骤制备：

S1、按照固液比0.1g:10mL将刚玉与NaOH水溶液(质量分数40％) 混合后，升高温度至60℃搅拌处理30min，抽滤，蒸馏水反复洗涤至洗液 pH值为中性，获得预处理刚玉；刚玉的粒度为10-20μm；

刚玉经过NaOH水溶液碱处理后，表面形成较多的-OH，为后续改性奠定反应位点；

S2、将预处理刚玉与甲苯混合后，超声分散10min，加入三乙胺，采用恒压滴液漏斗将3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液(质量分数为10％)滴入反应体系中，升高温度，于搅拌、55℃条件下反应4-5h，抽滤，乙醇和蒸馏水依次洗涤3-4次，获得耐磨粒子；预处理刚玉、甲苯、三乙胺、 3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液的用量比为1g:180mL:0.03g:9.5mL；

刚玉表面的-OH与3-苯基-2-丙烯酰氯分子上的酰氯基发生反应，生成酯基，使3-苯基-2-丙烯酰氯分子接枝于刚玉表面；

通过改性在刚玉表面引入了有机基团，该有机基团上含有苯环，不仅能够减少刚玉粒子之间团聚现象，而且能够改善刚玉粒子与氟碳树脂基体的相容性，促进刚玉粒子在涂料中的均匀分散，刚玉粒子本身是一种耐磨性极高的粒子，均匀分布于涂层中，有效发挥耐磨特性，赋予涂料良好的耐磨性能；此外，刚玉表面引入的苯环，属于刚性基团，能够有效提升涂层的强度，提高涂层耐磨性能；更进一步地，刚玉表面还引入了-C＝C，在粉末涂料固化过程中，能够与树脂中C＝C双键发生交联反应，生成更加紧密的无机/有机涂层，大大增强了涂层的耐磨性能。

本发明的有益效果：

为了提高氟碳涂料的耐磨性，本发明在涂料中加入了耐磨粒子，耐磨粒子为经过改性处理的刚玉，通过改性在刚玉表面引入了有机基团，该有机基团上含有苯环，不仅能够减少刚玉粒子之间团聚现象，而且能够改善刚玉粒子与氟碳树脂基体的相容性，促进刚玉粒子在涂料中的均匀分散，刚玉粒子本身是一种耐磨性极高的粒子，均匀分布于涂层中，有效发挥耐磨特性，赋予涂料良好的耐磨性能；此外，刚玉表面引入的苯环，属于刚性基团，能够有效提升涂层的强度，提高涂层耐磨性能；更进一步地，刚玉表面还引入了-C＝C，在粉末涂料固化过程中，能够与树脂中C＝C双键发生交联反应，生成更加紧密的无机/有机涂层，大大增强了涂层的耐磨性能；

并在涂料中加入了耐磨助剂，耐磨助剂为陶瓷微珠和纳米SiO₂经过 KH570处理而得，加入涂料中，能够改善与涂料基体的相容性，形成耐磨性好的Si-0-Si共价键网络与树脂体系均匀混合，形成致密涂层，从而辅助提升涂层的耐磨性能；

本发明获得的粉末涂料能够显著提升粉末涂料的耐磨性能，且不会对涂层的综合性能产生负面影响；获得的粉末涂料能够适用于耐磨性要求高的领域，扩大了氟碳粉末涂料的应用范围。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备耐磨助剂：

将1g陶瓷微珠和1g纳米SiO₂加入60mL甲苯中，超声分散1h，加入20mL质量分数为20％的KH570的甲苯溶液，于60℃下反应6h，反应结束后立即抽滤，并用无水乙醇反复洗涤，产物在45℃下真空干燥，获得耐磨助剂。

实施例2

制备耐磨助剂：

将2g陶瓷微珠和2g纳米SiO₂加入120mL甲苯中，超声分散1h，加入40mL质量分数为20％的KH570的甲苯溶液，于60℃下反应6h，反应结束后立即抽滤，并用无水乙醇反复洗涤，产物在45℃下真空干燥，获得耐磨助剂。

实施例3

制备耐磨粒子：

S1、将1g粒度为10μm的刚玉与100mL的NaOH水溶液(质量分数 40％)混合后，升高温度至60℃搅拌处理30min，抽滤，蒸馏水反复洗涤至洗液pH值为中性，获得预处理刚玉；

S2、将1g预处理刚玉与180mL甲苯混合后，超声分散10min，加入 0.03g三乙胺，采用恒压滴液漏斗将9.5mL的3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液(质量分数为10％)滴入反应体系中，升高温度，于搅拌、55℃条件下反应4h，抽滤，乙醇和蒸馏水依次洗涤3次，获得耐磨粒子。

实施例4

制备耐磨粒子：

S1、将2g粒度为20μm的刚玉与200mL的NaOH水溶液(质量分数 40％)混合后，升高温度至60℃搅拌处理30min，抽滤，蒸馏水反复洗涤至洗液pH值为中性，获得预处理刚玉；

S2、将2g预处理刚玉与360mL甲苯混合后，超声分散10min，加入 0.06g三乙胺，采用恒压滴液漏斗将19mL的3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液(质量分数为10％)滴入反应体系中，升高温度，于搅拌、55℃条件下反应5h，抽滤，乙醇和蒸馏水依次洗涤4次，获得耐磨粒子。

实施例5

一种高耐磨氟碳粉末涂料，包括如下原料：FEVE树脂(聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂)50g、实施例3制得的耐磨粒子3g、实施例1制得的耐磨助剂2.5g、三聚体755K固化剂4g、流平剂RB7880.2g、受阻酚类抗氧剂KY-1010 0.2g；

该氟碳粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将各原料采用高速混合机进行混合，混合时间为6min；

第二步、将第一步混合后的原料经挤出机中挤出压片，再经冷却、粉碎、过筛，得到氟碳粉末涂料。

实施例6

一种高耐磨氟碳粉末涂料，包括如下原料：FEVE树脂(聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂)55g、实施例3制得的耐磨粒子3.5g、实施例1制得的耐磨助剂2.8g、三聚体755K固化剂4.5g、流平剂RB7880.25g、受阻酚类抗氧剂KY-10100.25g；

该氟碳粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将各原料采用高速混合机进行混合，混合时间为8min；

第二步、将第一步混合后的原料经挤出机中挤出压片，再经冷却、粉碎、过筛，得到氟碳粉末涂料。

实施例7

一种高耐磨氟碳粉末涂料，包括如下原料：FEVE树脂(聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂)60g、实施例3制得的耐磨粒子4g、实施例1制得的耐磨助剂3g、三聚体755K固化剂5g、流平剂RB7880.3g、受阻酚类抗氧剂KY-10100.3g；

该氟碳粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将各原料采用高速混合机进行混合，混合时间为10min；

第二步、将第一步混合后的原料经挤出机中挤出压片，再经冷却、粉碎、过筛，得到氟碳粉末涂料。

对比例1

将实施例5中的耐磨粒子换成刚玉，其余原料及制备过程不变。

对比例2

将实施例5中的耐磨助剂原料去掉，其余原料及制备过程不变。

对实施例5-7和对比例1-2获得的粉末涂料，用静电喷涂的方式喷涂在铝板表面，然后置于160℃的热风烘箱中固化15min，形成涂层，进行如下性能测试：

按照GB/T 6739-1996测试涂层的硬度；

按照GB/T 9286-1998测试涂层的附着力；

耐磨损测试：选用S-33型砂纸作摩擦材料，每测试100转换新砂纸，测试载荷为500克，测量200转涂层磨耗量；

测得的结果如下表所示：

	实施例5	实施例6	实施例7	对比例1	对比例2
						硬度	>H	>H	>H	-	-
附着力/级	0	0	0	-	-
						质量损失/mg	94.9	93.8	94.5	108.4	98.8

由上表数据可知，本发明制得的粉末涂料的硬度和附着力都能够满足使用要求，且经过耐磨损测试后，质量损失较小，说明具有较高的耐磨性能；结合对比例1的数据可知，刚玉经过改性后，能够均匀分散于涂料中，更好的发挥耐磨特性，结合对比例2的数据可知，耐磨助剂的加入能够辅助提升涂层的耐磨性能。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高耐磨氟碳粉末涂料，其特征在于，包括如下重量份原料：FEVE树脂50-60份、耐磨粒子3-4份、耐磨助剂2.5-3份、固化剂4-5份、流平剂0.2-0.3份、抗氧剂0.2-0.3份；

其中，所述耐磨助剂由陶瓷微珠和纳米SiO₂按照质量比1:1复配而成，且在使用前，经过硅烷偶联剂KH570处理；

所述耐磨粒子通过如下步骤制备：

S1、按照固液比0.1g:10mL将刚玉与NaOH水溶液混合后，升高温度至60℃搅拌处理30min，抽滤，蒸馏水反复洗涤至洗液pH值为中性，获得预处理刚玉；

S2、将预处理刚玉与甲苯混合后，超声分散10min，加入三乙胺，采用恒压滴液漏斗将3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液滴入反应体系中，升高温度，于搅拌、55℃条件下反应4-5h，抽滤，乙醇和蒸馏水依次洗涤3-4次，获得耐磨粒子。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨氟碳粉末涂料，其特征在于，步骤S1中所述NaOH水溶液的质量分数为40%，刚玉的粒度为10-20μm。

3.根据权利要求1所述的一种高耐磨氟碳粉末涂料，其特征在于，步骤S2中3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液的质量分数为10%，预处理刚玉、甲苯、三乙胺、3-苯基-2-丙烯酰氯的甲苯溶液的用量比为1g:180mL:0.03g:9.5mL。

4.根据权利要求1所述的一种高耐磨氟碳粉末涂料，其特征在于，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂KY-1010。

5.根据权利要求1所述的一种高耐磨氟碳粉末涂料，其特征在于，耐磨助剂中通过硅烷偶联剂KH570处理的具体过程如下：

将陶瓷微珠和纳米SiO₂加入甲苯中，超声分散1h，加入质量分数为20%的KH570的甲苯溶液，于60℃下反应6h，反应结束后立即抽滤，并用无水乙醇反复洗涤，产物在45℃下真空干燥，完成处理过程。

6.根据权利要求1所述的一种高耐磨氟碳粉末涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、按上述重量配比称取各原料，采用高速混合机进行混合，混合时间为6-10min；

第二步、将第一步混合后的原料经挤出机中挤出压片，再经冷却、粉碎、过筛，得到氟碳粉末涂料。