一种改性粒子修饰的生产超双疏涂料的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超双疏涂料的领域，具体涉及到一种改性粒子修饰的生产超双疏涂料 的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 超双疏涂层因其疏水疏油的特性而在日常生活中和国民生产中具有广泛的应用 前景，尤其是由经过表面处理的二氧化硅微纳米粒子和含氟树脂混合制备的环保型双组份 超双疏涂料，其自清洁、防腐蚀、防结冰结蜡、防粘附等作用使其在建筑建材、石油管道、玻 璃陶瓷、纺织皮革、电子产品、厨卫用具等生活和生产方面有广泛的应用。
[0003] 近年来，很多研究人员和团队都对超双疏涂料的生产进行研究，并且取得不错的 研究成果。目前很多关于超双疏涂料的研究都能得到国际的认可，然而超双疏涂料却没有 实现大规模的工业生产，原因是关于超双疏涂料的生产还存在一些基本的问题：①性能上： 超双疏涂料投入使用时，易于与界面形成间隙，导致涂层氧化、脱落等问题，缩短其使用寿 命；超双疏涂料的生产工艺复杂，一般生产周期比较长，难以实现连续生产，导致其生 产效率低，生产成本高昂；；||适应性：使用电化学沉积法生产超双疏涂层只适用于特定 的表面，使用范围窄。
[0004] 为制备性能良好的超双疏材料以及弥补上述的基本问题，本发明提出以SiOjj 纳米粒子、多种丙烯酸单体（MMA、BA、HAMA)、全氟烷基乙醇、HDI三聚体为原料，并使用醋酸 丁酯、丙酮等多种溶剂及引发剂、稀释剂等辅助剂；生产主要产品是纯度多99. 7%的环保型 双组份超双疏材料，杂质主要是少量异氰酸酯自聚物、未除尽的少量反应单体，可忽略其影 响；该工艺也是为数极少且纯度极高的环保型生产体系。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述【背景技术】的不足和缺点，本发明的第一目的在于提出一种新型的、 工艺简单的超双疏材料生产方式； 本实用型的第二目的在于提供纳米改性含氟羟基丙烯酸树脂和含氟PU预聚体通过交 联反应得到的含氟超双疏涂料的制备方法； 本发明的第三目的在于实现生产的连续性； 本发明的第四目的在于提供上述超双疏涂料的应用； 本发明的目的主要通过下述技术方案实现。
[0006] 一种改性粒子修饰的生产超双疏涂料的装置，所述装置包括超双疏涂料组分A生 产系统和超双疏涂料组分B生产系统；所述超双疏涂料组分A生产系统包括第一子系统和 第二子系统； 所述第一子系统包括改性粒子高速分散机、改性粒子六釜并联反应装置和旋液分离 器；所述第二子系统包括树脂单体原料预混合器、含氟羟基丙烯酸树脂六釜串联反应装置 和树脂溶剂预热器；所述超双疏涂料组分B生产系统包括含氟PU预聚体固化剂双釜串联反 应装置、预聚体原料搅拌器和预聚体原料预热器； 所述第一子系统和第二子系统通过树脂组分A搅拌器连接在一起； 第一子系统中，所述改性粒子高速分散机经过栗通过管道与改性粒子六釜并联反应装 置连接，所述改性粒子六釜并联反应装置经栗通过管道与旋液分离器连接；所述旋液分离 器液体出口通过管道连接到改性粒子高速分散机的进料前储罐，固体出口通过管道连接到 树脂组分A搅拌器；所述改性粒子高速分散机的进料前储罐通过管道与改性粒子高速分散 机连接； 第二子系统中，所述树脂单体原料预混合器通过管道与含氟羟基丙烯酸树脂六釜串联 反应装置连接，所述树脂溶剂预热器通过管道与含氟羟基丙烯酸树脂六釜串联反应装置连 接，所述含氟羟基丙烯酸树脂六釜串联反应装置经栗通过管道与树脂组分A搅拌器连接； 超双疏涂料组分B生产系统中，所述预聚体原料预热器通过管道和预聚体原料搅拌器 连接，预聚体原料搅拌器经栗通过管道与含氟PU预聚体固化剂双釜串联反应装置连接。
[0007] 进一步地，所述改性粒子六釜并联反应装置采用六釜并联形式，可大大提高子系 统1的生产能力，同时方便反应器的维修。
[0008] 进一步地，所述含氟羟基丙烯酸树脂反应装置（4)采用多釜串联反应形式，其中反 应釜的个数为4-8个，可弥补传统涂料生产工艺中依靠增加反应釜体积和数量来提高生产 量的缺点。
[0009] 一种改性粒子修饰的生产超双疏涂料的方法，包括如下步骤： (1) 改性的微米粒子的制备：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷与微米粒子A1203和纳米粒 子Si02&生偶联反应得到改性的微纳粒子；所述偶联反应以十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷 作为偶联剂； (2) 超双疏涂料组分A的制备：将步骤（1)得到的改性的微纳粒子加入到含氟羟基丙烯 酸树脂中，再加入分散剂，流平剂和消泡剂，高速搅拌27~35min，高速分散27~35min，再高 速搅拌27~35min，得到改性微纳粒子修饰含氟羟基丙烯酸树脂，即超双疏涂料组分A ; (3) 超双疏涂料组分B的制备：将HDI三聚体及固体全氟烷基乙醇按（2. 7~3. 2) : 1配 比发生聚合反应得到含氟PU预聚体，即超双疏涂料组分B ; (4 )所述超双疏涂料为双组分超双疏涂料，使用前分别储存；使用时按照超双疏涂料组 分A:超双疏涂料组分B= (2~3) :1的比例混合均勾，即可使用。
[0010] 上述方法中，步骤（1)中，所述偶联反应的溶剂为乙醇，所述溶剂的质量分 数为76. 88%~78. 76% ;所述偶联反应的改性助剂为丙酮，所述改性助剂质量分数为 4. 02%~4. 55% ;所述偶联反应的pH范围为3. 5~4. 5,所用缓冲剂为醋酸；所述偶联反应中微 米粒子A1203与纳米粒子SiO 2是通过溶胶凝胶法（Sol-gel)制备的改性微纳粒子；所述偶 联反应过程中需将改性微纳粒子与偶联剂十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷混合，后超声分散 0. 5h，再加热、回流搅拌5~7小时，降温离心分离，最后烘干得完成表面修饰的改性微纳粒 子。
[0011] 上述方法中，步骤（2)中，所述改性的微纳粒子与含氟羟基丙烯酸树脂加入量满 足：含氟羟基丙烯酸树脂与改性微纳粒子的质量比为（1.6~2) :1。
[0012] 上述方法中，所述分散剂的成分是含阳离子基团的丙烯酸酯聚合物，溶剂为丙二 醇单甲醚单醋酸酯或二甲苯；所述流平剂为丙烯酸流平剂或改性丙烯酸流平剂，其中改性 流平剂为氟改性或磷酸酯改性流平剂；所述消泡剂为聚醚改性型有机硅消泡剂。
[0013] 上述方法中，所述含氟羟基丙烯酸树脂是由多种丙烯酸单体及含氟单体聚合而 成；所述多种丙烯酸单体包括甲基丙烯酸甲酯（MMA)、丙烯酸丁酯（BA)甲基丙烯酸羟乙酯 (HEMA)，其中分单体质量比为MMA :BA :HEMA= (1. 6~2): (1. 1~1. 3) :1 ;所述含氟单体为甲基 丙烯酸十三氟辛酯，该氟单体在反应过程中采用滴加的方式加入，该单体占单体总质量的 30%~33%〇
[0014] 上述方法中，所述聚合反应的保温过程分别在6个釜中完成；所述6个釜为串联排 布，每个釜中反应时间是50min，温度均为85°C ~95°C ;同时釜连接分水器，通过冷凝回流除 去其中水分。
[0015] 上述方法包括如下步骤： 将作为溶剂的乙醇和丙酮从储料罐进入到改性粒子高速分散机；同时原料十二庚 基丙基三甲氧基硅烷从原料罐进入微纳粒子改性高速分散机；加入醋酸调节pH大至为 3. 5~4. 5 ;搅拌混合充分以后，经混合材料栗进入到预热器中，预热后进入到改性粒子六釜 并联反应装置中，同时加入微米粒子A1203纳米粒子Si02=(0. 3~0. 5) :1，加热回流持续5~7 小时，加热回流后的混合液先通过冷凝器冷却后通过栗而到达旋液分离器，得到的经表面 修饰的微纳粒子从下端口转移到烘干机中，在ll〇°C ~130°C下进行脱水2~4h，得到已干燥 的经表面修饰的微纳粒子，储存在储罐中备用； 将溶剂醋酸丁酯和甲基异丁基酮混合进入储料罐，经树脂溶剂预热器预热到 92°C ~97°C后投入到含氟羟基丙烯酸树脂六釜串联反应装置中； 原料甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酯及引发剂分别从原料 罐进入到树脂单体原料预混合器中，得到混合溶剂，同时向其中加入混合溶剂，最终得含氟 羟基丙烯酸树酯；经含氟羟基丙烯酸树脂栗将含氟羟基丙烯酸树脂从含氟羟基丙烯酸树脂 六釜串联反应装置中抽出，转移到单体分离器中，回流脱水，通过含氟羟基丙烯酸树脂栗转 移到树脂组分A搅拌器，备用； 将含氟羟基丙烯酸树脂通过配置器按含氟羟基丙烯酸树脂：经表面修饰的改性微纳粒 子=(1. 6~2) : 1往树脂组分A搅拌器中继续加入改性微纳粒子，高速搅拌，高速分散，再高速