一种耐高温陶瓷涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，特别涉及一种耐高温陶瓷涂料及其制备方法。
背景技术：
：陶瓷涂料是一种兼具有机、无机优良性能的新型涂料，具有高硬度、耐磨、不粘、疏水疏油、柔韧好、抗冲击、耐候性好等优点。陶瓷涂料因其各方面性能均十分优异，而应用广泛，如不粘锅、汽车排气管、铝幕墙、化学储罐等处。陶瓷涂料以纳米无机化合物、粘结剂为主要成分，添加其余助剂并以水为分散质制得，涂装后通过经过低温加热方式固化，十分环保。陶瓷涂料用于不粘锅时，相比于之前常用的特氟龙涂层，耐高温和耐磨性能更好，不会释放出有毒气体。公告号为cn104059526b的中国专利公开了一种用于餐具的抗氧化性能的不粘涂料，其原料质量百分比为：a组分为35～45％，b组分为20～30％，填料为1～3％，异丙醇为余量；所述的a组分为烷基硅氧，所述的b组分为β-七甲基三硅氧烷基-乙基三甲氧基硅烷和纳米银颗粒的混合物，两者的摩尔比为1:0.2；所述的填料为二氧化硅晶须，氧化铝晶须，纳米级沉淀硫酸钡，四钛酸钾晶须中的一种或几种混合物。上述不粘涂料便属于陶瓷涂料，有机硅烷与无机陶瓷填料混合以作为原料，耐热度可达到300℃以上，用于餐具时其耐热性能已经完全符合要求。然而对于锅炉等工作温度达到500℃，甚至700℃的地方，其便无法满足需求。技术实现要素：针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种耐高温陶瓷涂料，具有优异的耐高温性能，适用范围广。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种耐高温陶瓷涂料，包括质量比为1:1的a组分和b组分；所述a组分包括如下重量份的原料：改性硅烷25-30份，流平剂1-1.5份，甲酸0.3-0.5份，氢氧化钾0.1-0.2份；所述b组分包括如下重量份的原料：硅溶胶50-60份，云母粉5-10份，硅微粉15-20份；水10-15份；所述改性硅烷的制备过程如下：第一步，按重量份计，先将15-20份邻苯二甲酸酐和180-210份冰醋酸混合并搅拌均匀，再加入6-8份烯丙基胺，室温反应1-1.5h，再加热至120-125℃，回流3-4h后冷却至室温，接着加入170-200份水，加热至沸腾，保持5-10min后冷却至室温，析出固体，然后进行抽滤、水洗，得到产物a；第二步，将10-13份产物a和110-150份苯混合，搅拌均匀后加入12-15份γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，升温至80-85℃，反应3-4h后冷却至室温，蒸发去除苯，得到改性硅烷。通过采用上述技术方案，改性硅烷作为主要的成膜物质，与涂层的耐热性能息息相关。γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷作为改性硅烷基体，与无机材料的结合性能好，经过改性后分子链中引入热稳定性优异的酰亚胺环，大大提升膜层的耐高温性能。甲酸和氢氧化钾作为ph调节剂及催化剂。硅溶胶即细小的二氧化硅颗粒在水中的分散液，与云母粉、硅微粉混合作为无机填料，与改性硅烷的亲和性好且导热性能、耐高温性能好，制备的涂层硬度、耐磨性均十分优异。本发明进一步设置为：所述b组分还包括2.5-3.5份石墨烯。通过采用上述技术方案，石墨烯是一种二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，因其优异的热导率和远红外辐射能力，在该陶瓷涂料体系中作为导热填料使用，减少热传递的损失。本发明进一步设置为：所述b组分还包括5-7份碳化硅。通过采用上述技术方案，碳化硅具有高硬度、耐高温、导热及耐腐蚀等特性，是一种性能优异的导热填料，但其分散在水中时，硅层与水混合，在粉体表面形成硅醇层，因此很难被分散开，因而以往均需要先进行酸洗再结合表面活性剂分散。本发明进一步设置为：所述b组分还包括1-2份分散剂nnf。通过采用上述技术方案，分散剂nnf具有优异的分散性能，能直接作用于碳化硅粉体，避免团聚的发生，且十分适用于石墨烯、硅微粉。本发明进一步设置为：所述a组分还包括3-5份水性聚氨酯。通过采用上述技术方案，水性聚氨酯同样是一种环保无污染的成膜物质，改性硅烷与其的相容性好，可共同交联成膜，提高涂层导热性能。本发明进一步设置为：所述硅溶胶包括30-40wt%粒径为5μm的硅溶胶a和60-70wt%粒径为20-30μm硅溶胶b。通过采用上述技术方案，硅溶胶的颗粒不易发生团聚。本发明进一步设置为：所述流平剂为聚二甲基硅氧烷。通过采用上述技术方案，流平剂较为适用于该陶瓷涂料体系，能有效降低涂料表面张力，提高其流平性和均匀性。本发明的另一目的是提供一种耐高温陶瓷涂料的制备方法。一种耐高温陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)a组分制备：按配方所需重量份，先将改性硅烷和甲酸混合均匀，静置3-5min，再加入氢氧化钾、流平剂，搅拌均匀得到a组分；(2)b组分制备：先将硅溶胶和水混合，以500-700r/min的速度搅拌8-10min，随后保持速度并加入云母粉、硅微粉，加料完成后以900-1000r/min的速度搅拌3-5min，得到b组分；(3)涂料制备：将a组分和b组分混合并搅拌均匀，得到陶瓷涂料。综上所述，本发明具有以下有益效果：1.硅烷经过改性，引入酰亚胺环，并与水性聚氨酯复配作为成膜物质，使膜层具有优异的耐高温性能和导热性能；2.无机填料使用二氧化硅、云母粉、硅微粉、碳化硅和石墨烯，使得膜层具有优异的耐高温、导热、耐磨等性能；3.选用分散剂nnf帮助无机填料均匀分散，有助于提高膜层的综合性能。附图说明图1是实施例一至三的流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例一：一种耐高温陶瓷涂料，包括质量比为1:1的a组分和b组分。a组分包括如下重量份的原料：改性硅烷25份；水性聚氨酯3份，牌号pu7106，购买自上海贝尔特新材料科技有限公司；流平剂1份，流平剂为聚二甲基硅氧烷；甲酸0.3份；氢氧化钾0.1份。b组分包括如下重量份的原料：硅溶胶50份，硅溶胶包括30wt%粒径为5μm的硅溶胶a和70wt%粒径为20μm硅溶胶b，硅溶胶a和硅溶胶b均为碱性，ph值为9.5，二氧化硅含量50%；云母粉5份，粒径50μm；硅微粉15份，粒径30μm；石墨烯2.5份，单层率大于80%，片径d90为11-15μm；碳化硅5份，粒径50nm；分散剂nnf1份，购买自广州利弘基化工有限公司；水10份。改性硅烷的制备过程如下：第一步，按重量份计，先将15份邻苯二甲酸酐和180份冰醋酸混合并搅拌均匀，再加入6份烯丙基胺，室温反应1h，再加热至120℃，回流3h后冷却至室温，接着加入170份水，加热至沸腾，保持5min后冷却至室温，析出固体，然后进行抽滤、水洗，得到产物a；第二步，将10份产物a和110份苯混合，搅拌均匀后加入12份γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，升温至80℃，反应3h后冷却至室温，蒸发去除苯，得到改性硅烷。一种耐高温陶瓷涂料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：(1)a组分制备：按上述配方所需重量份，先将改性硅烷和甲酸混合均匀，静置3min，再加入氢氧化钾、水性聚氨酯、流平剂，搅拌均匀得到a组分；(2)b组分制备：先将硅溶胶、水和分散剂nnf混合，以500r/min的速度搅拌8min，随后保持速度并加入云母粉、硅微粉、石墨烯、碳化硅，加料完成后以900r/min的速度搅拌3min，得到b组分；(3)涂料制备：将a组分和b组分混合并搅拌均匀，得到陶瓷涂料，直接进行喷涂并低温烘烤固化即可。实施例二：一种耐高温陶瓷涂料，包括质量比为1:1的a组分和b组分。a组分包括如下重量份的原料：改性硅烷30份；水性聚氨酯5份，牌号pu7106，购买自上海贝尔特新材料科技有限公司；流平剂1.5份，流平剂为聚二甲基硅氧烷；甲酸0.5份；氢氧化钾0.2份。b组分包括如下重量份的原料：硅溶胶60份，硅溶胶包括40wt%粒径为5μm的硅溶胶a和60wt%粒径为30μm硅溶胶b，硅溶胶a和硅溶胶b均为碱性，ph值为9.5，二氧化硅含量50%；云母粉10份，粒径50μm；硅微粉20份，粒径30μm；石墨烯3.5份，单层率大于80%，片径d90为11-15μm；碳化硅7份，粒径50nm；分散剂nnf2份，购买自广州利弘基化工有限公司；水15份。改性硅烷的制备过程如下：第一步，按重量份计，先将20份邻苯二甲酸酐和210份冰醋酸混合并搅拌均匀，再加入8份烯丙基胺，室温反应1.5h，再加热至125℃，回流4h后冷却至室温，接着加入200份水，加热至沸腾，保持10min后冷却至室温，析出固体，然后进行抽滤、水洗，得到产物a；第二步，将13份产物a和150份苯混合，搅拌均匀后加入15份γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，升温至85℃，反应4h后冷却至室温，蒸发去除苯，得到改性硅烷。一种耐高温陶瓷涂料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：(1)a组分制备：按上述配方所需重量份，先将改性硅烷和甲酸混合均匀，静置5min，再加入氢氧化钾、水性聚氨酯、流平剂，搅拌均匀得到a组分；(2)b组分制备：先将硅溶胶、水和分散剂nnf混合，以700r/min的速度搅拌10min，随后保持速度并加入云母粉、硅微粉、石墨烯、碳化硅，加料完成后以1000r/min的速度搅拌5min，得到b组分；(3)涂料制备：将a组分和b组分混合并搅拌均匀，得到陶瓷涂料，直接进行喷涂并低温烘烤固化即可。实施例三：一种耐高温陶瓷涂料，包括质量比为1:1的a组分和b组分。a组分包括如下重量份的原料：改性硅烷28份；水性聚氨酯4份，牌号pu7106，购买自上海贝尔特新材料科技有限公司；流平剂1.2份，流平剂为聚二甲基硅氧烷；甲酸0.4份；氢氧化钾0.15份。b组分包括如下重量份的原料：硅溶胶55份，硅溶胶包括35wt%粒径为5μm的硅溶胶a和65wt%粒径为25μm硅溶胶b，硅溶胶a和硅溶胶b均为碱性，ph值为9.5，二氧化硅含量50%；云母粉8份，粒径50μm；硅微粉18份，粒径30μm；石墨烯3份，单层率大于80%，片径d90为11-15μm；碳化硅6份，粒径50nm；分散剂nnf1.5份，购买自广州利弘基化工有限公司；水12份。改性硅烷的制备过程如下：第一步，按重量份计，先将18份邻苯二甲酸酐和200份冰醋酸混合并搅拌均匀，再加入7份烯丙基胺，室温反应1.2h，再加热至122℃，回流3.5h后冷却至室温，接着加入180份水，加热至沸腾，保持8min后冷却至室温，析出固体，然后进行抽滤、水洗，得到产物a；第二步，将12份产物a和130份苯混合，搅拌均匀后加入14份γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，升温至82℃，反应3.5h后冷却至室温，蒸发去除苯，得到改性硅烷。一种耐高温陶瓷涂料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：(1)a组分制备：按上述配方所需重量份，先将改性硅烷和甲酸混合均匀，静置4min，再加入氢氧化钾、水性聚氨酯、流平剂，搅拌均匀得到a组分；(2)b组分制备：先将硅溶胶、水和分散剂nnf混合，以600r/min的速度搅拌9min，随后保持速度并加入云母粉、硅微粉、石墨烯、碳化硅，加料完成后以950r/min的速度搅拌4min，得到b组分；(3)涂料制备：将a组分和b组分混合并搅拌均匀，得到陶瓷涂料，直接进行喷涂并低温烘烤固化即可。实施例四：与实施例三的区别在于，a组分不包括水性聚氨酯。实施例五：与实施例三的区别在于，b组分不包括分散剂nnf。实施例六：与实施例三的区别在于，b组分不包括碳化硅。实施例七：与实施例三的区别在于，b组分不包括石墨烯。对比例一：与实施例三的区别在于，改性硅烷为γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。对比例二：与实施例三的区别在于，改性硅烷为γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷且a组分不包括水性聚氨酯。对比例三：与实施例三的区别在于，改性硅烷为甲基三甲氧基硅烷。陶瓷涂料性能测试：实施例一至三的陶瓷涂料经过机械性能测试，硬度均达到9h，耐磨性达到12000次。根据gb/t1735-2009《色漆和清漆耐热性的测定》中记载的方法，对实施例一至七、对比例一至三的陶瓷涂料进行耐热性测试，涂膜厚度20μm，每次升温10℃，保持10min，观察涂膜外观出现鼓泡、熔融、开裂等异常现象时的温度，所得结果记录在表1。根据astmd5470标准，使用热导率测试仪，对实施例一至七、对比例一至三的陶瓷涂料进行导热性测试，测定20μm厚度涂膜的导热性，所得结果记录在表1。表1陶瓷涂料性能测试结果记录表耐热性(℃)导热性(w/m*k)实施例一7508.6实施例二7608.2实施例三7809.3实施例四8005.5实施例五6406.2实施例六7507.5实施例七7407.7对比例一5205.1对比例二5302.7对比例三4804.5本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页1 2 3