專利名稱：納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料與涂料領域，具體涉及一種納米Si02改性高耐
候聚酯粉末涂料及其制備方法。
背景技術：
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。有機涂層容易在室外受紫外線作用分解老化，而且有機涂層的 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、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。目前使用的溶劑型氟碳漆耐候性能較好，但是它在生產(chǎn)或者 使用過程中會釋放出對環(huán)境與人體有害的有機揮發(fā)物，造成環(huán)境污染問題, 而且目前氟碳漆所用樹脂主要依賴進口，價格高昂。
納米粉末填料在涂料中一方面可以提升涂料的力學性能，如附著力、 抗沖擊、柔韌性方面會得到提高，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(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鍵性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術之不足而提供的一種采用原位 高分子接枝的方法對納米Si02進行改性，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Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料。
本發(fā)明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Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料的制備方法。
本發(fā)明是采用如下技術解決方案來實現(xiàn)上述目的 一種納米Si02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Si02、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Si02 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Si02是通過納米Si02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溶劑中與納米 Si02表面接枝的偶聯(lián)劑進行原位聚合而成，接枝改性工藝參數(shù)為
納米Si02 0.5 3 g-L"
有機硅偶聯(lián)劑 10 g丄" 40 g-L/1
有機硅偶聯(lián)劑水解時間lh 8h 丙烯酸類單體 40 mL'L" 80mL-I/1
引發(fā)劑 0.2g七" 0.5g-U1 溫度 40。C 80。C接枝改性反應時間 1 h 6h
所述有機硅偶聯(lián)劑包括乙烯基類硅垸(乙烯基三乙氧基硅垸、乙烯基 三甲氧基硅垸、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(P甲氧基乙氧基)硅垸)或者丙烯酰氧基類硅烷(如3-(甲基 丙烯酰氧)丙基三甲氧基類硅垸)，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Si02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 45ml硅垸偶聯(lián)劑，再加入35~45ml去離子水，水解2~5小
時；
b、 用250ml四口燒瓶在通入N2條件下加入80 120ml甲苯，加熱， 回流；取8 12g納米Si02先進行超聲預分散，再放進250ml四口燒瓶中， 快速攪拌；將經(jīng)過a過程水解的硅垸偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分 散于體系中進行反應，反應3 6小時后，停止反應，得到初次改性產(chǎn)物；
c、 取8~12g干燥的初次產(chǎn)物先預分散于80 U0ml甲苯中，再放進 250ml四口燒瓶中，通入N2 (保護)，快速攪拌，逐漸升溫至5 90。C， 再加入BPO引發(fā)劑，滴加MAA，反應后得產(chǎn)物；
d、 將c過程反應制得的產(chǎn)物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反復抽濾， 分離后得到固體產(chǎn)物，并將其置于烘箱中，在70 120'C下烘10 15小時， 得到高分子接枝改性的納米Si02;e、 按照1%的納米Si02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(jīng)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(jīng)破碎后，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(jīng)篩粉機除去雜物和粗粉后得
到納米Si02改性聚酯粉末涂料，并進行包裝。
本發(fā)明采用上述技術解決方案所能達到的有益效果是 本發(fā)明采用高分子接枝改性大大提高了納米Si02的分散穩(wěn)定性以及 與有機樹脂的相容性；納米Si02改性聚酯粉末涂料后，提高了涂料的力 學性能，并提高了有機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。
具體實施方式
實施例1
本發(fā)明納米Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，對納米Si02表面
引入可反應的硅烷偶聯(lián)劑，當采用丙烯酰氧基類硅烷偶聯(lián)劑時-
O OCH3
II (
H2C= C — C—O—CH2—CH2—CH2—Si—OCH3 CH3 OCH3
水解成如下形式.
O OH H2C= C — U—O—CH2-CH2-CH2—Si—OH CH3 OH納米Si02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Si02表面結合的偶聯(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(lián)劑的另一端的雙鍵發(fā)生原位聚合，
在納米Si02表面包覆上接枝聚合物，納米Si02表面包覆的高分子聚合物
大大提高了納米Si02的分散穩(wěn)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Si02在甲苯溶劑中的分散穩(wěn)定性 2-10倍。
將改性后的納米Si02加入聚酯粉末涂料中，納米Si02粒子的高分散
作用增強增韌復合涂料的性能，將提高涂料的綜合力學性能；并且納米 Si02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。實驗 結果表明，納米Si02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313mn) 420h， 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。
本發(fā)明關于納米Si02的改性工藝以及將改性后納米Si02用于聚酯粉
末涂料的制備有如下步驟a、 取40ml硅烷偶聯(lián)劑，再加入40ml去離子水，水解4小時；
b、 然后，用250ml四口燒瓶在通入N2條件下加入100ml甲苯，加熱， 回流。取10g納米Si02先進行超聲預分散，再放進250ml四口燒瓶中， 快速攪拌。將水解過的硅垸偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分散于體系 中進行反應，反應4小時后，停止反應，得到初次改性產(chǎn)物；
c、 取10g干燥的初次產(chǎn)物先預分散于100ml甲苯中，再放進250ml 四口燒瓶中，通入N2(保護)，快速攪拌，逐漸升溫至8(TC，再加入BPO 引發(fā)劑，滴加MAA，反應后得產(chǎn)物；
d、 將產(chǎn)物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反復抽濾，分離后得到固體 產(chǎn)物。然后將產(chǎn)物置于烘箱中，在IO(TC下烘12小時，得到高分子接枝 改性的納米Si02;
e、 按照1%的納米Si02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(jīng)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(jīng)破碎后，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(jīng)篩粉機除去雜物和粗粉后得 到納米Si02改性聚酯粉末涂料，并進行包裝。
實施例2
本實施例與上述實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)劑水解時間為2小時， 硅烷偶聯(lián)劑與納米SiQ2的反應時間為3h;甲基丙烯酸單體與硅垸偶聯(lián)劑改性后的Si02的反應溫度為70°C，反應時間為6h。按照1.5%的納米Si02 加入量，制備出納米Si02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313nm)大于400h。
如以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此來限定本發(fā)明 之權利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所 涵蓋的范圍。
權利要求
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％比為聚酯樹脂55-70％固化劑 4-8％填料15-30％改性納米SiO20.5-2.5％添加劑 2-5.5％。
2、 根據(jù)權利要求1所述的納米Si02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Si02是通過納米Si02與水解后的硅垸偶聯(lián)劑 相互作用，然后丙烯酸類單體在有機溶劑中與納米Si02表面接枝的偶聯(lián) 劑進行原位聚合而成。
3、 根據(jù)權利要求2所述的納米Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂 料，其特征在于，納米Si02與水解后的硅垸偶聯(lián)劑中含有納米Si020.5 3 g'L/1、聚合單體4011^丄-1 80111]^1/1、引發(fā)劑0.2g.L" 0.5g.1/1，有機硅 偶聯(lián)劑水解時間lh 8h,溫度40。C 8(TC。
4、 根據(jù)權利要求3所述的納米Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂 料，其特征在于，所述有機硅偶聯(lián)劑包括乙烯基類硅垸或丙烯酰氧基類硅 烷。
5、 根據(jù)權利要求3所述的納米Si02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)權利要求1所述的納米Si02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)權利要求1所述的納米Si02改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料，其特征在于，所述填料為lfc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 ^壬意一項所述的納米Si02改性鋁型材高耐候聚 酯粉末涂料的制備方法，其牛寺征在于，它包括如下步驟a、 取35 45ml硅垸偶聯(lián)劑，再加入35~45ml去離子水，水解2 5小時；b、 用250ml四口燒瓶在通入N2條件下加入80 120ml甲苯，加熱， 回流；取8 12g納米Si02先進行超聲預分散，再放進250ml四口燒瓶中， 快速攪拌；將經(jīng)過a過程水角軍的硅垸偶聯(lián)劑用分液漏斗去除水，再將其分 散于體系中進行反應，反應3 6小時后，停止反應，得到初次改性產(chǎn)物；c、 取8~12g干燥的初次產(chǎn)物先預分散于80~110ml甲苯中，再放進 250ml四口燒瓶中，通入N2，快速攪拌，逐漸升溫至5 9(TC，再加入BPO 引發(fā)劑，滴加MAA，反應后得產(chǎn)物；d、 將c過程反應制得的產(chǎn)物進行洗滌，用乙醇作溶劑進行反復抽濾， 分離后得到固體產(chǎn)物，并將其置于烘箱中，在70 12(TC下烘10 15小時， 得到高分子接枝改性的納米SiO"e、 按照1%的納米Si02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(jīng)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(jīng)破碎后，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(jīng)篩粉機除去雜物和粗粉后得到納米 Si02改性聚酯粉末涂料，并進行包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米SiO₂改性鋁型材高耐候聚酯粉末涂料及其制備方法，其特征在于，納米二氧化硅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溶劑中與納米二氧化硅表面接枝的偶聯(lián)劑進行原位聚合，從而在納米SiO₂表面實現(xiàn)原位高分子接枝改性，大大提高納米SiO₂的分散穩(wěn)定性以及與樹脂的相容性，并且并將改性后的納米SiO₂粉體加入聚酯粉末涂料。本發(fā)明應用于鋁型材表面的靜電噴涂，解決鋁型材有機涂層在室外受紫外線照射老化的問題，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。
文檔編號C09D5/03GK101314696SQ20081002966
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月22日 優(yōu)先權日2008年7月22日
發(fā)明者陳東初 申請人:陳東初