《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》是陳東初於2008年7月22日申請的專利，該專利的申請號為2008100296645，公布號為CN101314696，授權公布日為2008年12月3日，發明人是陳東初。
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》公開了一種納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及其製備方法，其特徵在於，納米二氧化矽與水解後的矽烷偶聯劑相互作用，然後丙烯酸類單體在有機溶劑中與納米二氧化矽表面接枝的偶聯劑進行原位聚合，從而在納米SiO2表面實現原位高分子接枝改性，大大提高納米SiO2的分散穩定性以及與樹脂的相容性，並且並將改性後的納米SiO2粉體加入聚酯粉末塗料。該發明套用於鋁型材表面的靜電噴塗，解決鋁型材有機塗層在室外受紫外線照射老化的問題，改善塗層的耐老化、耐變色等性能，其耐候性較未改性聚醋粉末塗料提高100－250％，提高鋁型材塗層的使用性能與使用壽命。
2016年12月7日，《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法
- 公布號：CN101314696
- 授權日：2008年12月3日
- 申請號：2008100296645
- 申請日：2008年7月22日
- 申請人：陳東初
- 地址：廣東省佛山市禪城區江灣一路18號佛山科技學院教師新公寓209號
- 發明人：陳東初
- Int.Cl.：C09D167/00(2006.01)、C09D5/03(2006.01)、C09D7/12(2006.01)
- 代理機構：廣州三環專利代理有限公司
- 代理人：詹仲國
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
為了提高鋁型材的裝飾性與耐腐蝕性等性能，鋁型材需要進行表面處理，主要有粉末靜電噴塗、溶劑型氟碳漆噴塗、在鋁材陽極氧化膜上電泳塗裝，傳統的鋁材陽極氧化表面處理方法等四種方法，其中表面有機塗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。有機塗層容易在室外受紫外線作用分解老化，而且有機塗層的硬度與耐磨性不如傳統的陽極氧化膜，影響表面塗層的質量，鋁型材塗料必須具有抗大氣腐蝕性、附著力強、硬度高、光澤穩定、耐溶劑性和高耐候性等性能。傳統的粉末塗料，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，但是它在生產或者使用過程中會釋放出對環境與人體有害的有機揮發物，造成環境污染問題，而且氟碳漆所用樹脂主要依賴進口，價格高昂。
納米粉末填料在塗料中一方面可以提升塗料的力學性能，如附著力、抗衝擊、柔韌性方面會得到提高，另一方面還可提高塗料的耐老化、耐腐蝕、抗輻射性能，而且還可製備一些新的功能性納米塗料。但是納米粒子比表面大、比表面能高，極易團聚，未改性的納米粒子與基料之間結合力差，造成界面缺陷，從而影響了納米粒子的實際使用效果，納米粒子的分散穩定性以及與基材的相容性問題已成為納米改性材料的關鍵性問題。
發明內容
專利目的
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》的目的就是為了解決2008年7月之前技術之不足而提供的一種採用原位高分子接枝的方法對納米SiO2進行改性，大大提高納米粉體的分散穩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塗料。
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》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塗料的製備方法。
技術方案
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》是採用如下技術解決方案來實現上述目的：一種納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，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：
聚酯樹脂 | 55-70％ |
固化劑 | 4-8％ |
填料 | 15-30％ |
改性納米SiO2 | 0.5-2.5％ |
添加劑 | 2-5.5％ |
作為上述方案的進一步說明，所述改性納米SiO2是通過納米SiO2與水解後的矽烷偶聯劑相互作用，然後丙烯酸類單體在有機溶劑中與納米SiO2表面接枝的偶聯劑進行原位聚合而成，接枝改性工藝參數為：
納米SiO2 | 0.5～3克·升 |
有機矽偶聯劑 | 10克·升～40克·升 |
有機矽偶聯劑水解時間 | 1小時～8小時 |
丙烯酸類單體 | 40毫升·升～80毫升·升 |
引發劑 | 0.2克·升～0.5克·升 |
溫度 | 40℃～80℃ |
接枝改性反應時間 | 1小時～6小時 |
所述有機矽偶聯劑包括乙烯基類矽烷（乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、甲基乙烯基二乙氧基矽烷、乙烯基三（β甲氧基乙氧基）矽烷）或者丙烯醯氧基類矽烷（如：3-（甲基丙烯醯氧）丙基三甲氧基類矽烷），聚合單體包括：甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸等，引發劑包括：過氧化二苯甲醯、過氧化十二醯、過氧化二乙醯、偶氮二異丁腈。
所述固化劑為三環氧丙基異氰脲酸酯（TGIC）或者羥烷基醯胺，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塗料的製備方法，其特徵在於，它包括如下步驟：
a、取35～45毫升矽烷偶聯劑，再加入35～45毫升去離子水，水解2～5小時；
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先進行超聲預分散，再放進250毫升四口燒瓶中，快速攪拌；將經過a過程水解的矽烷偶聯劑用分液漏斗去除水，再將其分散於體系中進行反應，反應3～6小時後，停止反應，得到初次改性產物；
c、取8～12克乾燥的初次產物先預分散於80～110毫升甲苯中，再放進250毫升四口燒瓶中，通入N2（保護），快速攪拌，逐漸升溫至5～90℃，再加入BPO引發劑，滴加MAA，反應後得產物；
d、將c過程反應製得的產物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反覆抽濾，分離後得到固體產物，並將其置於烘箱中，在70～120℃下烘10～15小時，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中均勻混合；
g、經混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機中熔融混合，通過壓片機壓成薄片、冷卻，經破碎後，輸送到空氣分級磨中進行細粉碎，通過旋風分離器捕集大部分被粉碎的半成品，再經篩粉機除去雜物和粗粉後得到納米SiO2改性聚酯粉末塗料，並進行包裝。
有益效果
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》採用高分子接枝改性大大提高了納米SiO2的分散穩定性以及與有機樹脂的相容性；納米SiO2改性聚酯粉末塗料後，提高了塗料的力學性能，並提高了有機塗層在室外耐紫外線照射的能力，大大改善塗層的耐老化、耐變色等性能，其耐候性較未改性聚醋粉末塗料提高100-250％，提高鋁型材塗層的使用性能與使用壽命。
技術領域
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》涉及納米材料與塗料領域，具體涉及一種納米SiO2改性高耐候聚酯粉末塗料及其製備方法。
權利要求
1、一種納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，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：
聚酯樹脂 | 55-70％ |
固化劑 | 4-8％ |
填料 | 15-30％ |
改性納米SiO2 | 0.5-2.5％ |
添加劑 | 2-5.5％ |
2、根據權利要求1所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，所述改性納米SiO2是通過納米SiO2與水解後的矽烷偶聯劑相互作用，然後丙烯酸類單體在有機溶劑中與納米SiO2表面接枝的偶聯劑進行原位聚合而成。
3、根據權利要求2所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，納米SiO2與水解後的矽烷偶聯劑中含有納米SiO20.5～3克·升、聚合單體40毫升·升～80毫升·升、引發劑0.2克·升～0.5克·升，有機矽偶聯劑水解時間1小時～8小時，溫度40℃～80℃。
4、根據權利要求3所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，所述有機矽偶聯劑包括乙烯基類矽烷或丙烯醯氧基類矽烷。
5、根據權利要求3所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，所述聚合單體包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸，引發劑包括過氧化二苯甲醯、過氧化十二醯、過氧化二乙醯、偶氮二異丁腈。
6、根據權利要求1所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，所述固化劑為三環氧丙基異氰脲酸酯或者羥烷基醯胺。
7、根據權利要求1所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，其特徵在於，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、一種權利要求1～7任意一項所述的納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料的製備方法，其特徵在於，它包括如下步驟：
a、取35～45毫升矽烷偶聯劑，再加入35～45毫升去離子水，水解2～5小時；
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先進行超聲預分散，再放進250毫升四口燒瓶中，快速攪拌；將經過a過程水解的矽烷偶聯劑用分液漏斗去除水，再將其分散於體系中進行反應，反應3～6小時後，停止反應，得到初次改性產物；
c、取8～12克乾燥的初次產物先預分散於80～110毫升甲苯中，再放進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引發劑，滴加MAA，反應後得產物；
d、將c過程反應製得的產物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反覆抽濾，分離後得到固體產物，並將其置於烘箱中，在70～120℃下烘10～15小時，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中均勻混合；
g、經混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機中熔融混合，通過壓片機壓成薄片、冷卻，經破碎後，輸送到空氣分級磨中進行細粉碎，通過旋風分離器捕集被粉碎的半成品，再經篩粉機除去雜物和粗粉後得到納米SiO2改性聚酯粉末塗料，並進行包裝。
實施方式
實施例1
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料，對納米SiO2表面引入可反應的矽烷偶聯劑，當採用丙烯醯氧基類矽烷偶聯劑時：
納米SiO2表面與水解後的矽烷偶聯劑均含有羥基，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表面結合的偶聯劑另一端含有可聚合的雙鍵，為丙烯酸類單體聚合反應提供了條件，反應結構如下：
因此，聚甲基丙烯酸的雙鍵在偶聯劑的另一端的雙鍵發生原位聚合，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的分散穩定性以及與聚酯樹脂的相容性。沉降試驗結果表明，高分子接枝改性可提高納米SiO2在甲苯溶劑中的分散穩定性2-10倍。
將改性後的納米SiO2加入聚酯粉末塗料中，納米SiO2粒子的高分散作用增強增韌複合塗料的性能，將提高塗料的綜合力學性能；並且納米SiO2粒子具有紫外線的吸收特性，因此可以提高塗料的耐老化性能。實驗結果表明，納米SiO2改性的聚酯粉末塗料的耐老化性能為：紫外燈人工加速耐候性（QUV-B燈，波長313納米）420小時，QUV-B燈人工加速老化0級，失光率和變色色差至少達到1級。
《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》關於納米SiO2的改性工藝以及將改性後納米SiO2用於聚酯粉末塗料的製備有如下步驟：
a、取40毫升矽烷偶聯劑，再加入40毫升去離子水，水解4小時；
b、然後，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先進行超聲預分散，再放進250毫升四口燒瓶中，快速攪拌。將水解過的矽烷偶聯劑用分液漏斗去除水，再將其分散於體系中進行反應，反應4小時後，停止反應，得到初次改性產物；
c、取10克乾燥的初次產物先預分散於100毫升甲苯中，再放進250毫升四口燒瓶中，通入N2（保護），快速攪拌，逐漸升溫至80℃，再加入BPO引發劑，滴加MAA，反應後得產物；
d、將產物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反覆抽濾，分離後得到固體產物。然後將產物置於烘箱中，在100℃下烘12小時，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中均勻混合；
g、經混合的物料，用加料器輸送到螺桿擠出機中熔融混合，通過壓片機壓成薄片、冷卻，經破碎後，輸送到空氣分級磨中進行細粉碎，通過旋風分離器捕集大部分被粉碎的半成品，再經篩粉機除去雜物和粗粉後得到納米SiO2改性聚酯粉末塗料，並進行包裝。
實施例2
該實施例與上述實施方式的不同之處在於，採用的矽烷偶聯劑為乙烯基三甲氧基矽烷，引發劑為過氧化二乙醯。矽烷偶聯劑水解時間為2小時，矽烷偶聯劑與納米SiO2的反應時間為3小時；甲基丙烯酸單體與矽烷偶聯劑改性後的SiO2的反應溫度為70℃，反應時間為6小時。按照1.5％的納米SiO2加入量，製備出納米SiO2改性聚酯粉末塗料，塗料的耐老化性能為：紫外燈人工加速耐候性（QUV-B燈，波長313納米）大於400小時。
榮譽表彰
2016年12月7日，《納米SiO2改性鋁型材高耐候聚酯粉末塗料及製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
