一种高性能防护涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高性能防护涂料及其制备方法。

背景技术：

氟碳树脂是分子结构中含有氟原子的一类高分子树脂，具有优异的耐高低温性能、介电性能、电绝缘性、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低的摩擦系数等特性，被广泛应用于建筑、化学工业、电器电子工业、机械工业、航空航天产业，发展前景巨大。

氟碳树脂涂料通过添加助剂到树脂基体中，提升涂料性能。cn200810195134.8公开了一种常温固化的自组装复合纳米氧化物防腐涂料，纳米粒子经氟碳类硅烷偶联剂修饰后均匀分散在溶剂中，涂料在底材上干燥后自组装形成致密涂层。cn200810207709.3公开了一种纳米二氧化钛氟碳涂料及其制备方法，涂料重量百分比含量为2％-6％纳米二氧化钛，80％-90％氟碳基料，5-10％固化剂，2-10％涂料稀释剂，纳米二氧化钛是经过硅烷偶联剂改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒。

然而由于纳米氧化物粒径小，比表面能大，其在涂料制备过程中非常容易团聚或被颜料或填料包埋而不能在涂料中分散均匀。另外，在涂装过程中，颜料或填料也会覆盖在纳米氧化物或其改性粒子表面，从而影响涂料性能，导致涂料综合性能不佳。

因此，开发一种性能优良的氟碳树脂涂料，成为迫切的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高性能防护涂料，其耐蚀性能优良，且具有空气净化功能，可应用于石油、化工设备、军事装备、自行和拖曳车辆及其它基材表面或内壁的金属表面涂覆。

为实现上述目的，本发明提供一种高性能防护涂料，其特征在于，按如下重量份的各成分制备得到：

进一步，所述丙烯酸树脂的固含量为50-60％，数均分子量为10000-20000。

进一步，所述醛酮树脂为kr-120醛酮树脂，kr-80f醛酮树脂中的至少一种。

进一步，所述活性炭的粒径为500-1500目。

进一步，所述消泡剂为改性聚硅氧烷类消泡剂。

进一步，所述含醇水溶液采用的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、已醇中的一种。

进一步，制备方法包括以下步骤：

纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂的制备：将一半重量的纳米二氧化硅分散在含醇水溶液中，再加入丙烯酸树脂，60-90℃反应，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂；

混合1：将剩下重量的纳米二氧化硅与活性炭充分混合得到混合物1；

混合2：将氟碳树脂和石墨烯混合，使石墨烯分散均匀，得到混合物2；

将上述纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，醛酮树脂和混合物1添加到上述混合物2中，再加入消泡剂，充分混合使分散均匀，即得。

本发明还提供一种所述高性能防护涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂的制备：将一半重量的纳米二氧化硅分散在含醇水溶液中，再加入丙烯酸树脂，60-90℃反应，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂；

混合1：将剩下重量的纳米二氧化硅与活性炭充分混合得到混合物1；

混合2：将氟碳树脂和石墨烯混合，使石墨烯分散均匀，得到混合物2；

将上述纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，醛酮树脂和混合物1添加到上述混合物2中，再加入消泡剂，充分混合使分散均匀，即得。

本发明的氟碳树脂，丙烯酸树脂和醛酮树脂也相互配合，再结合纳米二氧化硅，石墨烯，活性炭，共同起制备本发明高性能防护涂料，取得高性能的效果。丙烯酸树脂的固含量为50-60％，数均分子量为10000-20000，使得最后的产品的涂层的分离效果更好。

本发明采用纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，通过纳米二氧化硅含醇水溶液与丙烯酸树脂形成网状结构以利于纳米颗粒分散；另外促进纳米二氧化硅与石墨烯共同作用，改善氟碳涂料性能，使涂料具备空气净化效果；三是纳米二氧化硅与活性炭共同作用，为充分利用资源，将煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、废水或污泥等制备得到的活性炭，用于本发明的高性能防护涂料，取得了较好的效果，不仅能够吸附和净化空气，还能够和醛酮树脂、纳米二氧化硅，石墨烯搭配，共同制备高性能防护涂料。本发明选用活性炭的粒径为500-1500目。在该粒径范围内，效果最好。活性炭有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与石墨烯和纳米二氧化硅充分接触。

丙烯酸树脂的羟基与纳米二氧化硅含醇水溶液的羟基发生缩合反应，生成纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂。纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂形成的网状结构，有利于纳米二氧化硅和石墨烯，活性炭的均匀分散，二氧化硅和石墨烯相互作用，有利于吸收紫外线，提高了所得涂层光催化降解有害气体和杀菌消毒的功能，使氟碳涂料具备空气净化能力，且提高涂层的硬度、耐冲击性、流平性以及防腐蚀性能。

纳米二氧化硅，具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，从而能展现出良好的特性；同时，纳米二氧化硅在高温下还具有高强、高韧、高稳定性。

本发明采用本发明进行试验发现，高性能防护涂料中，纳米二氧化硅的添加量过大，会阻碍石墨烯在纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂形成的网状结构中的分散，影响两者的相互作用，不利于提升性能。纳米二氧化硅的添加量过小，不利于纳米二氧化硅与石墨烯结合，以共同发挥作用，导致性能下降。

石墨烯的掺入对涂层物理性能和化学和电化学性能都有所增强。石墨烯对氟碳树脂和醛酮树脂的热稳定性有所提高，0.1重量份的石墨烯可使氟碳树脂涂料热分解温度得到很大程度的提高。涂层的硬度在0.1％时提高程度很大，耐冲击性和耐磨性在石墨烯掺量为0.1％时有最大程度的提高。石墨烯含量过大，会导致石墨烯分散不均，净化效率下降。石墨烯含量过小，氟碳涂料的空气净化能力也降低。

通过分步分散，使纳米二氧化硅颗粒分散在纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂形成的网状结构中，然后再使石墨烯分散在纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂中，避免制备过程和涂装过程中石墨烯和二氧化硅纳米颗粒发生团聚或被包埋，所形成的涂层中石墨烯和纳米二氧化硅颗粒分散均匀，提升氟碳涂料的耐蚀性能。由于炭粒的表面积很大，活性炭和纳米二氧化硅充分接触。而且通过分次添加，石墨烯与纳米二氧化硅结合作用，提高氟碳涂层光催化降解有害气体和杀菌消毒的功能，使得氟碳涂料具有空气净化能力，提升环境中的空气质量。

采用石墨烯、纳米二氧化硅，活性炭对氟碳涂料进行改性，改变石墨烯、纳米二氧化硅直接添加的方法，通过纳米二氧化硅含醇水溶液与丙烯酸树脂发生羟基缩合反应形成网状结构，促进纳米二氧化硅和石墨烯的分散，有利于吸收紫外线，提高了所得涂层光催化降解有害气体和杀菌消毒的功能，使氟碳涂料具备空气净化能力，并且提高了氟碳涂层的耐蚀性能。使得氟碳涂料具有空气净化能力，并有效改善环境中的空气质量。

通过分步分散，避免石墨烯和二氧化硅纳米颗粒在氟碳涂料中发生团聚或被包埋，所形成的涂层中纳米二氧化硅分散均匀，增强氟碳涂料的性能。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

一种高性能防护涂料，其特征在于，按如下重量份的各成分制备得到：

进一步，所述丙烯酸树脂的固含量为50-60％，数均分子量为10000-20000。

进一步，所述醛酮树脂为kr-120醛酮树脂，kr-80f醛酮树脂中的至少一种。

进一步，所述活性炭的粒径为500-1500目。

进一步，所述消泡剂为改性聚硅氧烷类消泡剂。

进一步，所述含醇水溶液采用的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、已醇中的一种。

进一步，制备方法包括以下步骤：

纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂的制备：将一半重量的纳米二氧化硅分散在含醇水溶液中，再加入丙烯酸树脂，60-90℃反应，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂；

混合1：将剩下重量的纳米二氧化硅与活性炭充分混合得到混合物1；

混合2：将氟碳树脂和石墨烯混合，使石墨烯分散均匀，得到混合物2；

将上述纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，醛酮树脂和混合物1添加到上述混合物2中，再加入消泡剂，充分混合使分散均匀，即得。

本发明还提供一种所述高性能防护涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂的制备：将一半重量的纳米二氧化硅分散在含醇水溶液中，再加入丙烯酸树脂，60-90℃反应，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂；

混合1：将剩下重量的纳米二氧化硅与活性炭充分混合得到混合物1；

混合2：将氟碳树脂和石墨烯混合，使石墨烯分散均匀，得到混合物2；

将上述纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，醛酮树脂和混合物1添加到上述混合物2中，再加入消泡剂，充分混合使分散均匀，即得。

实施例1：高性能防护涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂的制备：将一半重量的纳米二氧化硅分散在含醇水溶液中，再加入丙烯酸树脂，60-90℃反应，得到纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂；

混合1：将剩下重量的纳米二氧化硅与活性炭充分混合得到混合物1；

混合2：将氟碳树脂和石墨烯混合，使石墨烯分散均匀，得到混合物2；

将上述纳米二氧化硅改性丙烯酸树脂，醛酮树脂和混合物1添加到上述混合物2中，再加入消泡剂，充分混合使分散均匀，即得。

表1各实施例和对比例的用量表(按重量份计算)

实施例2：高性能防护涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施例1。

实施例3：高性能防护涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施例1。

实施例4：高性能防护涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施例1。

对比例1：涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施例1。

对比例2：涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施1。

对比例3：涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施1。

对比例4：涂料的制备

原材料：见表1。

制备方法：同实施1。

实施例5：效果验证试验。

将实施例1-4所制备得到的气凝胶保温隔热涂料和对比例1-4所得的涂料按照各自的标准进行测试：涂层硬度：按照gb/t6739进行测试。耐磨性：按照gb/t23988进行测试。甲醛净化效率：按照jc/t1074-2008进行测试。甲苯净化效率：按照jc/t1074-2008进行测试。耐水性：按照gb/t1689进行测试。耐酸性：按照gb/t1689进行测试。耐碱性：按照gb/t1689进行测试。耐油性：按照gb/t1689进行测试。各实施例和对比例的测试结果见表2所示。

表2各实施例和对比例的测试结果表

注：净化效率的测试条件：温度(20±2)℃，相对湿度(50±10)％，测试时间48小时

表2的性能测试结果表明，本发明实施例1-4得到的高性能防护涂料，能够有效提高涂层的耐磨性，硬度高，且具有良好的耐蚀性能，耐水、耐强酸(10％hcl)、耐强碱(10％naoh)、耐油性(汽油)。同时，具有良好的空气净化能力，甲醛净化效率为87.3-92.0％。

对比例1中，氟碳树脂，丙烯酸树脂和醛酮树脂中，三者的量相同。但是各项性能达不到要求。

对比例2中，由于没有添加改性石墨烯，热稳定性下降，甲醛、甲苯净化效率发生大幅度下降，甲醛净化效率下降至50.9％，甲苯净化效率下降25.5％。

对比例3中，没有添加纳米二氧化硅，丙烯酸树脂没有得到改性，同时纳米二氧化硅与活性炭没法充分接触，本发明的发明人还发现，当纳米二氧化硅过量时，纳米二氧化硅容易发生团聚，导致涂料的性能下降。

对比例4中，没有添加活性炭，所以石墨烯，纳米二氧化硅没法充分接触。性能下降。具体见表2。

综上可知，本发明的实施例1-4得到的高性能防护涂料，涂层的耐磨性好，硬度高，耐蚀性能优良，且具有良好的空气净化功能，可于石油、化工设备、军事装备、自行和拖曳车辆及其它基材表面或内壁的金属表面涂覆。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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