本發(fā)明屬于陶瓷涂料領(lǐng)域，具體涉及一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

磨損和腐蝕是金屬材料及其零部件最常見的失效形式，現(xiàn)在人們常在金屬的表面涂覆成膜物質(zhì)來防止磨損達(dá)到耐腐蝕的效果，由于成膜物質(zhì)的不同，所形成的涂層主要分為有機(jī)涂層和無機(jī)涂層，但是有機(jī)涂層易老化、耐熱耐寒性差，使用壽命差，無機(jī)涂層具備耐磨、耐腐蝕、耐熱和不老化的特點(diǎn)受到人們的喜愛，現(xiàn)階段的無機(jī)防腐涂層主要有：搪瓷涂層、玻璃涂層和陶瓷涂層三大類，陶瓷涂層相對于搪瓷涂層和玻璃涂層，其生產(chǎn)工藝簡單、固化溫度低、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、效率高的特點(diǎn)而被廣泛使用，但是現(xiàn)有的陶瓷涂層仍然存在著導(dǎo)熱率差、韌性差、附著力不足、致密性不足等缺點(diǎn)，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種沖擊韌性和耐磨性面強(qiáng)，表面光潔，不粘性，防污性和散熱性好的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料及其制備方法。

基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料，由以下重量份數(shù)的原料制成：無機(jī)膠粘劑30-60份，納米鉆石烯3-15份，去離子水5-10份，防銹顏料5-10份，無機(jī)填料5-20份，表面活性劑1-2份，防沉劑0.1-1份，消泡劑0.01-0.1份，流平劑1-3份，PH調(diào)節(jié)劑0.1-2份，硅烷偶聯(lián)劑10-30份。

進(jìn)一步的，所述的納米鉆石烯為改性的納米鉆石烯，其改性方法如下：

a.超聲波堿洗：將納米鉆石烯放入裝有堿液的超聲波清洗機(jī)中攪拌清洗，超聲波頻率為35-40KHz，堿液為8-12wt%的NaOH溶液，堿洗溫度為50-60℃，攪拌速度為25-30rpm，清洗25-30min；

b.超聲波水洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑矗暡l率為35-40KHz，攪拌速度為20-30rpm，攪拌清洗20-30min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：將步驟b中水洗后的納米鉆石烯加入酸洗液中攪拌清洗，所述的酸洗液為25-30wt%的硫酸溶液，酸洗溫度為50-60℃，攪拌速度為15-20rpm，攪拌時(shí)間為20-30min；

d.超聲波水洗：將酸洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為35-40KHz，攪拌速度為20-25rpm，攪拌8-10min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7。

e.烘干：將d.超聲波水洗后的納米鉆石烯以3℃/min的速率逐步升溫到130-150℃，保溫3-5h后隨爐溫冷卻，然后密封儲(chǔ)存待用。

進(jìn)一步的，所述的納米鉆石烯粒度配比為50nm︰100nm︰200nm=(1-2) ︰(2-3) ︰(4-5)。

進(jìn)一步的，所述的無機(jī)膠粘劑為硅溶膠或鋁溶膠，固含量為25%-30%。

進(jìn)一步的，所述的防銹顏料為鐵紅或炭黑或鈦白粉或鈦鎳黃。

進(jìn)一步的，所述的無機(jī)填料為氧化鋁、氧化硅、碳化硅或滑石粉的其中一種或兩種以上的混合物；所述的表面活性劑為非離子型表面活性劑。

進(jìn)一步的，所述的防沉劑為膨潤土；消泡劑為聚醚類，流平劑為水溶性氟碳樹脂或有機(jī)硅類。

進(jìn)一步的，所述的PH調(diào)節(jié)劑為稀鹽酸或稀醋酸；硅烷偶聯(lián)劑為三烷氧基型。

進(jìn)一步的，所述的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的制備方法，由以下步驟組成：

（1）納米鉆石烯預(yù)分散液的制備：將去離子水和表面活性劑在第一容器中攪拌，于800-1000rpm速度下攪拌3-5min后，將第一容器放入超聲波分散機(jī)中于30-40KHz的超聲頻率，400-500rpm的速度下攪拌20-30min，得納米鉆石烯分散液；

（2）顏填料漿液的配制：將50%的無機(jī)膠粘劑、防沉劑和消泡劑在第二容器內(nèi)攪拌，在800-1000rpm速度下攪拌5-10min后，繼而用400-500rpm的速度下邊攪拌邊加入防銹顏料和無機(jī)填料，研磨分散1-2h，即制得顏填料漿液；

（3）涂料的配制：將剩余的50%的無機(jī)膠粘劑和納米鉆石烯預(yù)分散液加入到調(diào)漆罐中于400-500rpm的速度下攪拌10-15min，再加入顏填料漿液和流平劑于100-300rpm速度下攪拌1-2h，再加入硅烷偶聯(lián)劑和PH調(diào)節(jié)劑于100-300rpm的速度下攪拌1-2h，靜置30-40min，即得成品。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果為：

1. 納米鉆石烯的加入使陶瓷涂層的沖擊韌性和耐磨性能得到很大的提高；

2 .納米鉆石烯的加入使陶瓷涂層更加密實(shí)，防滲耐蝕性更好，并且表面更加光潔，不粘性、防污性更好；

3. 納米鉆石烯的加入使陶瓷涂料的散熱性更好，使其能夠更好的運(yùn)用于加熱容器及電子元器件上；

4.本涂料為無機(jī)涂料，綠色環(huán)保，性質(zhì)穩(wěn)定，適用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中本發(fā)明的導(dǎo)熱率隨納米鉆石烯含量的變化關(guān)系圖；

圖2為實(shí)施例2中本發(fā)明的耐沖擊韌性隨納米鉆石烯含量的變化關(guān)系圖；

圖3為實(shí)施例3中本發(fā)明的耐磨性隨納米鉆石烯含量的變化關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料，由以下重量份數(shù)的原料制成：無機(jī)膠粘劑60份，納米鉆石烯3份，去離子水5份，防銹顏料5份，無機(jī)填料5份，表面活性劑1份，防沉劑0.1份，消泡劑0.01份，流平劑1份，PH調(diào)節(jié)劑0.1份，硅烷偶聯(lián)劑19.79份。

其中，所述的納米鉆石烯為改性的納米鉆石烯，其改性方法如下：

a.超聲波堿洗：將納米鉆石烯放入裝有堿液的超聲波清洗機(jī)中攪拌清洗，超聲波頻率為35KHz，堿液為8wt%的NaOH溶液，堿洗溫度為50℃，攪拌速度為25rpm，清洗25min；

b.超聲波水洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為35KHz，攪拌速度為20rpm，攪拌清洗20min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：將步驟b中水洗后的納米鉆石烯加入酸洗液中攪拌清洗，所述的酸洗液為25wt%的硫酸溶液，酸洗溫度為50℃，攪拌速度為15rpm，攪拌時(shí)間為20min；

d.超聲波水洗：將酸洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為35KHz，攪拌速度為20rpm，攪拌8min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7。

e.烘干：將d.超聲波水洗后的納米鉆石烯以3℃/min的速率逐步升溫到130℃，保溫3h后隨爐溫冷卻，然后密封儲(chǔ)存待用。

所述的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的制備方法，由以下步驟組成：

（1）納米鉆石烯預(yù)分散液的制備：將去離子水和硬脂酸甘油酯在第一容器中攪拌，于800rpm速度下攪拌3min后，將第一容器放入超聲波分散機(jī)中于30KHz的超聲頻率，400-500rpm的速度下攪拌20min，得納米鉆石烯分散液；

（2）顏填料漿液的配制：將50%的硅溶膠、膨潤土和聚氧丙烯甘油醚在第二容器內(nèi)攪拌，該硅溶膠的固含量為25%，在800rpm速度下攪拌5min后，繼而用400rpm的速度下邊攪拌邊加入鐵紅和氧化鋁，研磨分散1h，即制得顏填料漿液；

（3）涂料的配制：將剩余的50%的硅溶膠和納米鉆石烯預(yù)分散液加入到調(diào)漆罐中于400rpm的速度下攪拌10min，再加入顏填料漿液和聚二甲基硅氧烷于100rpm速度下攪拌1h，再加入KH-550和稀鹽酸于100rpm的速度下攪拌1h，靜置30min，即得成品。

實(shí)施例2：

一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料，由以下重量份數(shù)的原料制成：無機(jī)膠粘劑30份，納米鉆石烯15份，去離子水10份，防銹顏料6.9份，無機(jī)填料20份，表面活性劑2份，防沉劑1份，消泡劑0.1份，流平劑3份，PH調(diào)節(jié)劑2份，硅烷偶聯(lián)劑10份。

其中，所述的納米鉆石烯為改性的納米鉆石烯，其改性方法如下：

a.超聲波堿洗：將納米鉆石烯放入裝有堿液的超聲波清洗機(jī)中攪拌清洗，超聲波頻率為37.5KHz，堿液為10wt%的NaOH溶液，堿洗溫度為55℃，攪拌速度為27.5rpm，清洗27.5min；

b.超聲波水洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑矗暡l率為37.5KHz，攪拌速度為25rpm，攪拌清洗25min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：將步驟b中水洗后的納米鉆石烯加入酸洗液中攪拌清洗，所述的酸洗液為27.5wt%的硫酸溶液，酸洗溫度為55℃，攪拌速度為17.5rpm，攪拌時(shí)間為25min；

d.超聲波水洗：將酸洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為37.5KHz，攪拌速度為22.5rpm，攪拌9min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7。

e.烘干：將d.超聲波水洗后的納米鉆石烯以3℃/min的速率逐步升溫到140℃，保溫4h后隨爐溫冷卻，然后密封儲(chǔ)存待用。

所述的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的制備方法，由以下步驟組成：

（1）納米鉆石烯預(yù)分散液的制備：將去離子水和硬脂酸甘油酯在第一容器中攪拌，于900rpm速度下攪拌4min后，將第一容器放入超聲波分散機(jī)中于35KHz的超聲頻率，450rpm的速度下攪拌25min，得納米鉆石烯分散液；

（2）顏填料漿液的配制：將50%的鋁溶膠，膨潤土和聚氧丙烯甘油醚在第二容器內(nèi)攪拌，該鋁溶膠的固含量為27%，在900rpm速度下攪拌7min后，繼而用450rpm的速度下邊攪拌邊加入炭黑和氧化硅，研磨分散1.5h，即制得顏填料漿液；

（3）涂料的配制：將剩余的50%的鋁溶膠和納米鉆石烯預(yù)分散液加入到調(diào)漆罐中于450rpm的速度下攪拌13min，再加入顏填料漿液和水溶性氟碳樹脂于100-300rpm速度下攪拌1.5h，再加入KH-550和稀醋酸于200rpm的速度下攪拌1.5h，靜置30-40min，即得成品。

實(shí)施例3：

一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料，由以下重量份數(shù)的原料制成：無機(jī)膠粘劑35份，納米鉆石烯5份，去離子水6份，防銹顏料10份，無機(jī)填料9份，表面活性劑1.34份，防沉劑0.605份，消泡劑0.055份，流平劑2份，PH調(diào)節(jié)劑1份，硅烷偶聯(lián)劑30份。

其中，所述的納米鉆石烯為改性的納米鉆石烯，其改性方法如下：

a.超聲波堿洗：將納米鉆石烯放入裝有堿液的超聲波清洗機(jī)中攪拌清洗，超聲波頻率為40KHz，堿液為12wt%的NaOH溶液，堿洗溫度為60℃，攪拌速度為30rpm，清洗30min；

b.超聲波水洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為40KHz，攪拌速度為30rpm，攪拌清洗30min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：將步驟b中水洗后的納米鉆石烯加入酸洗液中攪拌清洗，所述的酸洗液為30wt%的硫酸溶液，酸洗溫度為60℃，攪拌速度為20rpm，攪拌時(shí)間為30min；

d.超聲波水洗：將酸洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為40KHz，攪拌速度為25rpm，攪拌10min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7。

e.烘干：將d.超聲波水洗后的納米鉆石烯以3℃/min的速率逐步升溫到150℃，保溫5h后隨爐溫冷卻，然后密封儲(chǔ)存待用。

所述的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的制備方法，由以下步驟組成：

（1）納米鉆石烯預(yù)分散液的制備：將去離子水和表面活性劑在第一容器中攪拌，于1000rpm速度下攪拌5min后，將第一容器放入超聲波分散機(jī)中于40KHz的超聲頻率， 500rpm的速度下攪拌30min，得納米鉆石烯分散液；

（2）顏填料漿液的配制：將50%的硅溶膠、膨潤土和聚氧丙烯甘油醚在第二容器內(nèi)攪拌，該硅溶膠的固含量為30%，在1000rpm速度下攪拌10min后，繼而用500rpm的速度下邊攪拌邊加入鈦白粉和碳化硅，研磨分散2h，即制得顏填料漿液；

（3）涂料的配制：將剩余的50%的硅溶膠和納米鉆石烯預(yù)分散液加入到調(diào)漆罐中于500rpm的速度下攪拌15min，再加入顏填料漿液和水溶性氟碳樹脂于300rpm速度下攪拌2h，再加入KH-550和稀鹽酸于300rpm的速度下攪拌2h，靜置40min，即得成品。

實(shí)施例4：

一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料，由以下重量份數(shù)的原料制成：無機(jī)膠粘劑45份，納米鉆石烯6份，去離子水7份，防銹顏料8份，無機(jī)填料8份，表面活性劑1.5份，防沉劑0.7份，消泡劑0.08份，流平劑2.5份，PH調(diào)節(jié)劑0.8份，硅烷偶聯(lián)劑20.42份。

其中，所述的納米鉆石烯為改性的納米鉆石烯，其改性方法如下：

a.超聲波堿洗：將納米鉆石烯放入裝有堿液的超聲波清洗機(jī)中攪拌清洗，超聲波頻率為40KHz，堿液為12wt%的NaOH溶液，堿洗溫度為60℃，攪拌速度為30rpm，清洗25-30min；

b.超聲波水洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為40KHz，攪拌速度為30rpm，攪拌清洗30min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：將步驟b中水洗后的納米鉆石烯加入酸洗液中攪拌清洗，所述的酸洗液為30wt%的硫酸溶液，酸洗溫度為60℃，攪拌速度為20rpm，攪拌時(shí)間為30min；

d.超聲波水洗：將酸洗后的納米鉆石烯放入裝有去離子水的超聲波清洗機(jī)中常溫?cái)嚢枨逑?，超聲波頻率為40KHz，攪拌速度為25rpm，攪拌10min，取上層清液測量pH值，反復(fù)清洗直至pH=7。

e.烘干：將d.超聲波水洗后的納米鉆石烯以3℃/min的速率逐步升溫到150℃，保溫5h后隨爐溫冷卻，然后密封儲(chǔ)存待用。

所述的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的制備方法，由以下步驟組成：

（1）納米鉆石烯預(yù)分散液的制備：將去離子水和硬脂酸甘油酯在第一容器中攪拌，于1000rpm速度下攪拌5min后，將第一容器放入超聲波分散機(jī)中于40KHz的超聲頻率， 500rpm的速度下攪拌30min，得納米鉆石烯分散液；

（2）顏填料漿液的配制：將50%的鋁溶膠、膨潤土和聚氧丙烯甘油醚在第二容器內(nèi)攪拌，所述的硅溶膠的固含量為30%，在1000rpm速度下攪拌10min后，繼而用500rpm的速度下邊攪拌邊加入鈦鎳黃和滑石粉，研磨分散2h，即制得顏填料漿液；

（3）涂料的配制：將剩余的50%的鋁溶膠和納米鉆石烯預(yù)分散液加入到調(diào)漆罐中于500rpm的速度下攪拌15min，再加入顏填料漿液和聚二甲基硅氧烷于300rpm速度下攪拌2h，再加入KH-550和稀醋酸于300rpm的速度下攪拌2h，靜置40min，即得成品。

試驗(yàn)例1：

將實(shí)施例1中一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料中納米鉆石烯的加入量作為變量，使用

DRE-Ⅲ型多功能快速導(dǎo)熱系數(shù)測試儀對納米鉆石烯的添加量為0-15份時(shí)所得的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的導(dǎo)熱率進(jìn)行檢測，如圖1所示，添加納米鉆石烯后其涂料的導(dǎo)熱率不斷增高，當(dāng)添加量在10份時(shí)，各成分粒度配比最為合適，涂料最密實(shí)，相互接觸面積最多，形成了良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)熱率達(dá)到最高值，納米鉆石烯加入較少時(shí)，納米鉆石烯無法充分填滿漆膜中的微小孔隙，相互之間接觸較少，無法形成導(dǎo)熱網(wǎng)；納米鉆石烯加入較多時(shí)，則顏填料粗細(xì)粒度配比不合理，且成膜基體不足，涂層的密實(shí)性反而下降，導(dǎo)熱率也會(huì)下降。因此，含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料中納米鉆石烯的添加量為3-15份時(shí)，其導(dǎo)熱率最佳。

試驗(yàn)例2：

將實(shí)施例1中一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料中納米鉆石烯的加入量作為變量，根據(jù)GB/T1732-1993對納米鉆石烯的添加量為0-15份時(shí)，所得的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的耐沖擊韌性進(jìn)行檢測，如圖2所示，添加納米鉆石烯時(shí)，由于經(jīng)過活化處理的納米鉆石烯活性很強(qiáng)，表面含有較多的羥基和羧基，在偶聯(lián)劑等助劑的作用下，在凝膠過程中能與基體產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合，形成交聯(lián)，并且納米鉆石烯存在有“釘扎”效應(yīng)，能阻止微裂紋的擴(kuò)散，同時(shí)納米鉆石烯本身的剛性非常好，所以使陶瓷涂料的韌性得到了極大的提升，但是當(dāng)納米鉆石烯加入過多，則顏基比過高，涂層結(jié)構(gòu)不密實(shí)，整體性能都會(huì)下降，因此，含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料中納米鉆石烯中納米鉆石烯的添加量為3-15份時(shí)，其耐沖擊韌性最佳。

試驗(yàn)例3：

將實(shí)施例1中一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料中納米鉆石烯的加入量作為變量，根據(jù)GB/T1768-1979對納米鉆石烯的添加量為0-15份時(shí)，所得的含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的耐磨性進(jìn)行檢測，其中加載重量為1kg，轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為500圈，如圖3所示，由于納米鉆石烯硬度非常高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是非常優(yōu)秀的耐磨材料，因此在加入量為3-15份時(shí)，其涂層的磨損量逐漸減小，但是當(dāng)納米鉆石烯加入量大于15份時(shí)，涂層粘結(jié)物相對較少，涂層結(jié)構(gòu)較為松散，結(jié)合不牢，耐磨顆粒會(huì)出現(xiàn)脫落，耐磨性反而下降。

試驗(yàn)例4：

將實(shí)施例1中一種含納米鉆石烯的新型陶瓷涂料的產(chǎn)品性能與現(xiàn)有未添加納米鉆石烯的陶瓷涂料進(jìn)行對比，如下表1所示，本發(fā)明的主要性能優(yōu)于現(xiàn)有的陶瓷涂料，在沖擊韌性、水蒸氣滲透率、硬度、表面粗超度和耐磨性上相對更好，其涂層結(jié)合的更加牢固密實(shí)，表面更加光滑和耐磨。

表1 本發(fā)明與現(xiàn)有未添加納米鉆石烯的陶瓷涂料的性能對比表