納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》涉及納米材料與涂料領(lǐng)域，具體涉及一種納米SiO₂改性高耐候聚酯粉末涂料及其制備方法。

1、一種納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，它主要由改性納米SiO₂、聚酯樹脂、固化劑、填料以及添加劑組成，各部分重量％比為：

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述改性納米SiO₂是通過納米SiO₂與水解后的硅烷偶聯(lián)劑相互作用，然后丙烯酸類單體在有機(jī)溶劑中與納米SiO₂表面接枝的偶聯(lián)劑進(jìn)行原位聚合而成。

3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，納米SiO₂與水解后的硅烷偶聯(lián)劑中含有納米SiO₂0.5～3克·升^-1、聚合單體40毫升·升^-1～80毫升·升^-1、引發(fā)劑0.2克·升^-1～0.5克·升^-1，有機(jī)硅偶聯(lián)劑水解時(shí)間1小時(shí)～8小時(shí)，溫度40℃～80℃。

4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑包括乙烯基類硅烷或丙烯酰氧基類硅烷。

5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述聚合單體包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸，引發(fā)劑包括過氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化二乙酰、偶氮二異丁腈。

6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述固化劑為三環(huán)氧丙基異氰脲酸酯或者羥烷基酰胺。

7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述填料為鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、立德粉，添加劑包括流平劑、脫氣劑。

8、一種權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料的制備方法，其特征在于，它包括如下步驟：

a、取35～45毫升硅烷偶聯(lián)劑，再加入35～45毫升去離子水，水解2～5小時(shí)；

b、用250毫升四口燒瓶在通入N₂條件下加入80～120毫升甲苯，加熱，回流；取8～12克納米SiO₂先進(jìn)行超聲預(yù)分散，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，快速攪拌；將經(jīng)過a過程水解的硅烷偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分散于體系中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)3～6小時(shí)后，停止反應(yīng)，得到初次改性產(chǎn)物；

c、取8～12克干燥的初次產(chǎn)物先預(yù)分散于80～110毫升甲苯中，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，通入N₂，快速攪拌，逐漸升溫至5～90℃，再加入BPO引發(fā)劑，滴加MAA，反應(yīng)后得產(chǎn)物；

d、將c過程反應(yīng)制得的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，用乙醇作溶劑進(jìn)行反復(fù)抽濾，分離后得到固體產(chǎn)物，并將其置于烘箱中，在70～120℃下烘10～15小時(shí)，得到高分子接枝改性的納米SiO₂；

e、按照1％的納米SiO₂加入量，在混料過程中與其它填料一起加入混合分散；

f、在e過程中的納米粉體與填料中，加入聚酯樹脂、固化劑和添加劑在高速混合機(jī)中均勻混合；

g、經(jīng)混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機(jī)中熔融混合，通過壓片機(jī)壓成薄片、冷卻，經(jīng)破碎后，輸送到空氣分級(jí)磨中進(jìn)行細(xì)粉碎，通過旋風(fēng)分離器捕集被粉碎的半成品，再經(jīng)篩粉機(jī)除去雜物和粗粉后得到納米SiO₂改性聚酯粉末涂料，并進(jìn)行包裝。

為了提高鋁型材的裝飾性與耐腐蝕性等性能，鋁型材需要進(jìn)行表面處理，主要有粉末靜電噴涂、溶劑型氟碳漆噴涂、在鋁材陽極氧化膜上電泳涂裝，傳統(tǒng)的鋁材陽極氧化表面處理方法等四種方法，其中表面有機(jī)涂層可以在鋁型材表面形成色彩豐富的多種顏色，成為高檔鋁型材的主要表面處理方法。有機(jī)涂層容易在室外受紫外線作用分解老化，而且有機(jī)涂層的硬度與耐磨性不如傳統(tǒng)的陽極氧化膜，影響表面涂層的質(zhì)量，鋁型材涂料必須具有抗大氣腐蝕性、附著力強(qiáng)、硬度高、光澤穩(wěn)定、耐溶劑性和高耐候性等性能。傳統(tǒng)的粉末涂料，很難完全具備以上的使用性能，尤其是耐候性能較差。截至2008年7月，使用的溶劑型氟碳漆耐候性能較好，但是它在生產(chǎn)或者使用過程中會(huì)釋放出對環(huán)境與人體有害的有機(jī)揮發(fā)物，造成環(huán)境污染問題，而且氟碳漆所用樹脂主要依賴進(jìn)口，價(jià)格高昂。

納米粉末填料在涂料中一方面可以提升涂料的力學(xué)性能，如附著力、抗沖擊、柔韌性方面會(huì)得到提高，另一方面還可提高涂料的耐老化、耐腐蝕、抗輻射性能，而且還可制備一些新的功能性納米涂料。但是納米粒子比表面大、比表面能高，極易團(tuán)聚，未改性的納米粒子與基料之間結(jié)合力差，造成界面缺陷，從而影響了納米粒子的實(shí)際使用效果，納米粒子的分散穩(wěn)定性以及與基材的相容性問題已成為納米改性材料的關(guān)鍵性問題。

納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法專利目的

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》的目的就是為了解決2008年7月之前技術(shù)之不足而提供的一種采用原位高分子接枝的方法對納米SiO₂進(jìn)行改性，大大提高納米粉體的分散穩(wěn)定性以及與樹脂的相容性的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料。

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》的另一目的是提供一種大大提高納米粉體的分散穩(wěn)定性以及與樹脂的相容性的納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料的制備方法。

納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法技術(shù)方案

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》是采用如下技術(shù)解決方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，它主要由改性納米SiO₂、聚酯樹脂、固化劑、填料以及添加劑組成，各部分重量％比為：

作為上述方案的進(jìn)一步說明，所述改性納米SiO₂是通過納米SiO₂與水解后的硅烷偶聯(lián)劑相互作用，然后丙烯酸類單體在有機(jī)溶劑中與納米SiO₂表面接枝的偶聯(lián)劑進(jìn)行原位聚合而成，接枝改性工藝參數(shù)為：

所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑包括乙烯基類硅烷（乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、乙烯基三（β甲氧基乙氧基）硅烷）或者丙烯酰氧基類硅烷（如：3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基類硅烷），聚合單體包括：甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸等，引發(fā)劑包括：過氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化二乙酰、偶氮二異丁腈。

所述固化劑為三環(huán)氧丙基異氰脲酸酯（TGIC）或者羥烷基酰胺，填料為鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、立德粉，添加劑包括流平劑、脫氣劑。

一種納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料的制備方法，其特征在于，它包括如下步驟：

a、取35～45毫升硅烷偶聯(lián)劑，再加入35～45毫升去離子水，水解2～5小時(shí)；

b、用250毫升四口燒瓶在通入N₂條件下加入80～120毫升甲苯，加熱，回流；取8～12克納米SiO₂先進(jìn)行超聲預(yù)分散，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，快速攪拌；將經(jīng)過a過程水解的硅烷偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分散于體系中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)3～6小時(shí)后，停止反應(yīng)，得到初次改性產(chǎn)物；

c、取8～12克干燥的初次產(chǎn)物先預(yù)分散于80～110毫升甲苯中，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，通入N₂（保護(hù)），快速攪拌，逐漸升溫至5～90℃，再加入BPO引發(fā)劑，滴加MAA，反應(yīng)后得產(chǎn)物；

d、將c過程反應(yīng)制得的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，用乙醇作溶劑進(jìn)行反復(fù)抽濾，分離后得到固體產(chǎn)物，并將其置于烘箱中，在70～120℃下烘10～15小時(shí)，得到高分子接枝改性的納米SiO₂；

e、按照1％的納米SiO₂加入量，在混料過程中與其它填料一起加入混合分散；

f、在e過程中的納米粉體與填料中，加入聚酯樹脂、固化劑和添加劑在高速混合機(jī)中均勻混合；

g、經(jīng)混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機(jī)中熔融混合，通過壓片機(jī)壓成薄片、冷卻，經(jīng)破碎后，輸送到空氣分級(jí)磨中進(jìn)行細(xì)粉碎，通過旋風(fēng)分離器捕集大部分被粉碎的半成品，再經(jīng)篩粉機(jī)除去雜物和粗粉后得到納米SiO₂改性聚酯粉末涂料，并進(jìn)行包裝。

納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法有益效果

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》采用高分子接枝改性大大提高了納米SiO₂的分散穩(wěn)定性以及與有機(jī)樹脂的相容性；納米SiO₂改性聚酯粉末涂料后，提高了涂料的力學(xué)性能，并提高了有機(jī)涂層在室外耐紫外線照射的能力，大大改善涂層的耐老化、耐變色等性能，其耐候性較未改性聚醋粉末涂料提高100-250％，提高鋁型材涂層的使用性能與使用壽命。

實(shí)施例1

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，對納米SiO₂表面引入可反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，當(dāng)采用丙烯酰氧基類硅烷偶聯(lián)劑時(shí)：

納米SiO₂表面與水解后的硅烷偶聯(lián)劑均含有羥基，因此兩者之間易形成牢固的鍵合作用，這包括Si-OH基和Si-OH基的脫水作用，氫鍵及范德華作用等。

納米SiO₂表面結(jié)合的偶聯(lián)劑另一端含有可聚合的雙鍵，為丙烯酸類單體聚合反應(yīng)提供了條件，反應(yīng)結(jié)構(gòu)如下：

因此，聚甲基丙烯酸的雙鍵在偶聯(lián)劑的另一端的雙鍵發(fā)生原位聚合，在納米SiO₂表面包覆上接枝聚合物，納米SiO₂表面包覆的高分子聚合物大大提高了納米SiO₂的分散穩(wěn)定性以及與聚酯樹脂的相容性。沉降試驗(yàn)結(jié)果表明，高分子接枝改性可提高納米SiO₂在甲苯溶劑中的分散穩(wěn)定性2-10倍。

將改性后的納米SiO₂加入聚酯粉末涂料中，納米SiO₂粒子的高分散作用增強(qiáng)增韌復(fù)合涂料的性能，將提高涂料的綜合力學(xué)性能；并且納米SiO₂粒子具有紫外線的吸收特性，因此可以提高涂料的耐老化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米SiO₂改性的聚酯粉末涂料的耐老化性能為：紫外燈人工加速耐候性（QUV-B燈，波長313納米）420小時(shí)，QUV-B燈人工加速老化0級(jí)，失光率和變色色差至少達(dá)到1級(jí)。

《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》關(guān)于納米SiO₂的改性工藝以及將改性后納米SiO₂用于聚酯粉末涂料的制備有如下步驟：

a、取40毫升硅烷偶聯(lián)劑，再加入40毫升去離子水，水解4小時(shí)；

b、然后，用250毫升四口燒瓶在通入N₂條件下加入100毫升甲苯，加熱，回流。取10克納米SiO₂先進(jìn)行超聲預(yù)分散，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，快速攪拌。將水解過的硅烷偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分散于體系中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)4小時(shí)后，停止反應(yīng)，得到初次改性產(chǎn)物；

c、取10克干燥的初次產(chǎn)物先預(yù)分散于100毫升甲苯中，再放進(jìn)250毫升四口燒瓶中，通入N₂（保護(hù)），快速攪拌，逐漸升溫至80℃，再加入BPO引發(fā)劑，滴加MAA，反應(yīng)后得產(chǎn)物；

d、將產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，用乙醇作溶劑進(jìn)行反復(fù)抽濾，分離后得到固體產(chǎn)物。然后將產(chǎn)物置于烘箱中，在100℃下烘12小時(shí)，得到高分子接枝改性的納米SiO₂；

e、按照1％的納米SiO₂加入量，在混料過程中與其它填料一起加入混合分散；

f、在上述的納米粉體與填料中，加入聚酯樹脂、固化劑和添加劑在高速混合機(jī)中均勻混合；

g、經(jīng)混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機(jī)中熔融混合，通過壓片機(jī)壓成薄片、冷卻，經(jīng)破碎后，輸送到空氣分級(jí)磨中進(jìn)行細(xì)粉碎，通過旋風(fēng)分離器捕集大部分被粉碎的半成品，再經(jīng)篩粉機(jī)除去雜物和粗粉后得到納米SiO₂改性聚酯粉末涂料，并進(jìn)行包裝。

實(shí)施例2

該實(shí)施例與上述實(shí)施方式的不同之處在于，采用的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷，引發(fā)劑為過氧化二乙酰。硅烷偶聯(lián)劑水解時(shí)間為2小時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑與納米SiO₂的反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)；甲基丙烯酸單體與硅烷偶聯(lián)劑改性后的SiO₂的反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。按照1.5％的納米SiO₂加入量，制備出納米SiO₂改性聚酯粉末涂料，涂料的耐老化性能為：紫外燈人工加速耐候性（QUV-B燈，波長313納米）大于400小時(shí)。

2016年12月7日，《納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。