CN107216727A - 一种常温固化feve氟碳树脂耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，包括甲组分和乙组分，所述甲组分和乙组分的重量比为(8～12)：1；其中，甲组分包括以下重量份的组份：FEVE氟碳树脂40～60份；碱金属钛基晶须1～20份；混合溶剂甲20～55份；分散剂0.5～2份；消泡剂0.1～2份；流平剂0.1～2.5份；固化催化剂0.001～0.01份；防沉剂0.5～5份；其中，乙组份包括以下重量份的组份：脂肪族异氰酸酯60～80份；混合溶剂乙20～40份。该涂料施工工艺简单，可采用常规的刷涂、喷涂、滚涂、旋涂、拉毛等方式制成不同厚度、形貌的涂层，获得的涂层可在常温下固化，具有优异的耐磨损、耐腐蚀、耐候性能。
Description
技术领域
本发明属于材料表面保护技术领域，具体涉及一种耐磨性好、硬度较高的常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料及其制备方法，可以满足在军舰港口、海工设备、油气管道、风电叶片等各种恶劣气候的使用要求。
背景技术
暴露在大气环境中的物体会遭受多种腐蚀因素的侵蚀，涂层材料是价廉而有效的防护手段，但随着现代科学技术的发展，军舰港口、海工设备、油气管道、风电叶片等装备长时间在苛刻条件下工作，例如海洋环境的高强日光暴晒、游离氯离子、潮湿大气、昼夜大温差，沙漠、戈壁滩等风电场的风沙、碎石、沙尘暴等，亟需高耐候、高耐蚀、高耐磨等综合性能优异的功能涂层来保障这些设备的长期正常运转。
氟碳涂料以氟碳树脂为成膜基体，在氟碳树脂中，由于氟元素电负性强、活性低，且C-F键键能强，达到484kJ/mol，故高键能的C-F键能够通过螺旋构象把低键能的C-C键保护起来，使主链的稳定性大大增强，在外部环境作用下，C-F键难以断裂，呈现出高度的化学惰性与稳定性，所以氟碳涂料具有超常的耐候性、突出的耐腐蚀性、优异的耐化学药品性。其中氟烯烃/乙烯基单体共聚物(FEVE)由于在共聚时引入功能乙烯基单体，可溶解在有机溶剂中，常温反应固化，是理想的苛刻环境用保护涂层材料，广泛应用于航空、建筑、钢结构和重防腐等领域。但是纯FEVE涂层属有机涂层，其耐磨损性能较差，在实际服役过程中受到高速气流、水流、砂石的冲刷及机械力等作用时，涂层的磨损相当严重，极大地影响了其实际服役时间。为延长使用寿命，保障其优异性能的有效发挥，必须提升其耐磨损性能。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，包括甲组分和乙组分，所述甲组分和乙组分的重量比为(8～12)：1；
其中，甲组分包括以下重量份的组份：
其中，乙组份包括以下重量份的组份：
脂肪族异氰酸酯 60～80份；
混合溶剂乙 20～40份。
作为优选，所述FEVE氟碳树脂为三氟氯乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、三氟氯乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂中的一种或多种任意比例的混合。
作为另一种优选，所述碱金属钛基晶须为三钛酸钠晶须、六钛酸钠晶须、二钛酸钾晶须、四钛酸钾晶须、钛酸铁钠晶须、六钛酸钾晶须、八钛酸钾晶须中的一种或多种任意比例的混合；所述碱金属钛基晶须直径为0.1～5μm，长径比为1～100。
作为另一种优选，所述混合溶剂甲和混合溶剂乙分别独立的为乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种任意比例的混合；所述固化催化剂为叔胺、金属化合物类催化剂，优选为二月桂酸二丁基锡。
作为另一种优选，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇2000、吐温80中的一种或多种任意比例的混合。
作为另一种优选，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、异辛醇、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯甘油醚中的一种或多种任意比例的混合。
作为另一种优选，所述流平剂为聚苯基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷和氟基烷基聚醚改性聚硅氧烷中的一种或多种任意比例的混合。
作为另一种优选，所述防沉剂为有机改性膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种或多种任意比例的混合。
本发明还提供了常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂甲加入反应釜中，开启搅拌，转速为1200r/min～2000r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀；再以0.1g/min～10.0g/min的平均速度加入碱金属钛基晶须，继续搅拌5～60min，得甲组分；
(2)将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂乙中搅拌均匀，得乙组分；
(3)将甲组分和乙组分机械超声混合，即得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
优选地，步骤(1)中，转速为1500r/min～1800r/min，加入碱金属钛基晶须的平均速度为1g/min～5g/min，继续搅拌为10min～40min。
有益效果：本发明提供的涂料以耐磨性能优异、尺寸可控、单分散性好的碱金属钛基晶须为填料，制得的FEVE氟碳树脂耐磨涂料施工工艺简单，可采用常规的刷涂、喷涂、滚涂、旋涂、拉毛等方式制成不同厚度、形貌的涂层，获得的涂层可在常温下固化，具有优异的耐磨损、耐腐蚀、耐候性能，可以满足军舰港口、海工设备、油气管道、风电叶片等各种恶劣气候和工况的使用要求。
具体而言，本发明相对于现有技术具有以下突出的优势：
(1)本发明采用力学性能优异的碱金属钛基晶须作为FEVE氟碳耐磨涂料的填料，在常温固化后制得的涂层中，晶须之间互联交错，不定向地穿插在涂层中，形成与树脂基体结合良好的网络结构，且碱金属钛基晶须本身具有耐磨损、耐腐蚀、耐热等优异性能，使得涂层在摩擦、碰撞、冲击等各种工况条件下都具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗老化等优异性能。本发明使用的碱金属钛基晶须是一种高性能的复合材料增强体，具有优良的耐腐蚀、耐热、耐磨性能，将其应用于FEVE涂层可有效提升涂层耐磨损、耐腐蚀、耐热性能，可极大地扩展氟碳涂料在军舰港口、海工设备、油气管道、风电叶片等复杂工况条件的应用。与现有市面上的相关涂料相比，本发明能够克服基体树脂剥落、涂层起皮、磨损、不耐热等技术问题，服役寿命长，并在服役期间涂层自身的优异性能够得到有效发挥；
(2)本发明可常温固化、施工方便，且制备方法简单，成本低廉。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步详细说明。
原料来源：
(1)实施例中，所使用到的三氟氯乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、三氟氯乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂的分别购自大连振邦氟涂料股份有限公司、常熟三爱富中昊化工新材料有限公司、大金氟涂料(上海)有限公司、日本旭硝子株式会社。
(2)实施例中，所使用到的三钛酸钠晶须、六钛酸钠晶须、二钛酸钾晶须、四钛酸钾晶须、钛酸铁钠晶须、六钛酸钾晶须、八钛酸钾晶须直径为0.1～5μm之间，长径比为1～100之间。
(3)实施例中，所使用到的聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、聚氧乙烯甘油醚的分子量分别为50000～150000、5000～10000、5000～10000。
(3)实施例中，所使用到的聚苯基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷和氟基烷基聚醚改性聚硅氧烷的分子量分别为500～1500、2000～5000、8000～12000、5000～15000。
(4)实施例中，所使用到的有机改性膨润土购自德国毕克化学。
实施例1 按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为2000r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀后以1.0g/min的平均速度往混合溶液中加入碱金属钛基晶须，搅拌5min，得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比8:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
对比例1：按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为2000r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比8:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂涂料。
实施例2 按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为1200r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀后以5.0g/min的平均速度往混合溶液中加入碱金属钛基晶须，搅拌10min，得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比9:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
实施例3 按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为1800r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀后以0.1g/min的平均速度往混合溶液中加入碱金属钛基晶须，搅拌30min，得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比10:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
实施例4 按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为1500r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀后以10g/min的平均速度往混合溶液中加入碱金属钛基晶须，搅拌40min，得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比11:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
实施例5 按以下原料配方称量甲乙组分(以重量百分比计)：
甲组分：
乙组分：
将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂加入反应釜中；开启搅拌，转速为2000r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀后以8.0g/min的平均速度往混合溶液中加入碱金属钛基晶须，搅拌60min，得到甲组分；将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂中搅拌均匀，获得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比12:1机械超声混合，获得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
对实施例1-5和对比例1所提供的耐磨涂料涂装后使用摩擦磨损试验机测试其耐磨损性能，摩擦条件为：对磨材料为直径4mm GCr15钢球，电机转速500r/min，往复式运动，行程为5mm，荷载3N，测试时间为15min。测试结果如下：
| 平均摩擦系数 | 体积磨损量(mm3) | |
| 实施例1 | 0.735 | 0.0203 |
| 实施例2 | 0.709 | 0.0223 |
| 实施例3 | 0.673 | 0.0193 |
| 实施例4 | 0.653 | 0.0194 |
| 实施例5 | 0.612 | 0.0247 |
| 对比例1 | 0.854 | 0.169 |
由结果可知：本发明所提供的耐磨涂料与对比例相比具有更低的摩擦系数和更高的耐磨损性能。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上列举的实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：包括甲组分和乙组分，所述甲组分和乙组分的重量比为(8～12)：1；
其中，甲组分包括以下重量份的组份：
其中，乙组份包括以下重量份的组份：
脂肪族异氰酸酯 60～80份；
混合溶剂乙 20～40份。
2.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述FEVE氟碳树脂为三氟氯乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、三氟氯乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂、四氟乙烯与烷基乙烯基酯共聚的溶剂可溶型FEVE氟碳树脂中的一种或多种任意比例的混合。
3.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述碱金属钛基晶须为三钛酸钠晶须、六钛酸钠晶须、二钛酸钾晶须、四钛酸钾晶须、钛酸铁钠晶须、六钛酸钾晶须、八钛酸钾晶须中的一种或多种任意比例的混合；所述碱金属钛基晶须直径为0.1～5μm，长径比为1～100。
4.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述混合溶剂甲和混合溶剂乙分别独立的为乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种任意比例的混合；所述固化催化剂为叔胺、金属化合物类催化剂，优选为二月桂酸二丁基锡。
5.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇2000、吐温80中的一种或多种任意比例的混合。
6.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、异辛醇、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯甘油醚中的一种或多种任意比例的混合。
7.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述流平剂为聚苯基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷和氟基烷基聚醚改性聚硅氧烷中的一种或多种任意比例的混合。
8.根据权利要求1所述的一种常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料，其特征在于：所述防沉剂为有机改性膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种或多种任意比例的混合。
9.一种权利要求1至8任一项所述的常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将甲组分中的FEVE氟碳树脂、混合溶剂甲加入反应釜中，开启搅拌，转速为1200r/min～2000r/min，依次加入分散剂、消泡剂、流平剂、固化催化剂、防沉剂，搅拌均匀；再以0.1g/min～10.0g/min的平均速度加入碱金属钛基晶须，继续搅拌5～60min，得甲组分；
(2)将脂肪族异氰酸酯加入至混合溶剂乙中搅拌均匀，得乙组分；
(3)将甲组分和乙组分机械超声混合，即得常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料。
10.根据权利要求9所述的常温固化FEVE氟碳树脂耐磨涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，转速为1500r/min～1800r/min，加入碱金属钛基晶须的平均速度为1g/min～5g/min，继续搅拌为10min～40min。
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