一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法
【专利摘要】一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，属于化学工程与技术领域，将伊利石粉末与5％的硫酸溶液混合并搅拌，采用蒸馏水冲洗物料并过滤，冲洗至酸碱度为中性，取出伊利石，获得酸洗后的伊利石；加入乙醇水溶液搅拌，加入5％的KH?560偶联剂，用醋酸调节PH值至4，搅拌后冲洗至中性，过滤后干燥获得改性伊利石置于干燥瓶内备用；取聚醚醚酮和改性伊利石进行混合，获得聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料。本发明制备的涂料具有附着力强，表面光滑，耐摩擦性、韧性高，对酸、碱、盐溶液具有极好的抗蚀性；与同类涂料相比，热稳定性更高，在近300℃温度时，无任何不良反应，具有十分广阔的应用前景。
【专利说明】
一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于化学工程与技术领域，特别是涉及到一种聚醚醚酮与改性伊利石涂料的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚醚醚酮是一种性能优良的特种工程塑料，已应用于航空航天，计算机、仪器仪表及机械制造等领域。聚醚醚酮性能稳定，尤其耐化学溶剂，抗侵蚀性强，热熔温度较高，特别适于制作耐高温，抗化药涂层。有文献以聚醚醚酮粉料与其它助剂混合，制备了常温固化涂料，但其主要以聚醚醚酮为填料，并不是涂料粘结料。现有同类涂料热固化温度相对低，耐化学侵蚀性弱，强度不高，易造成划痕。有的涂料当被涂覆物使用温度过高时，局部会脱离涂覆体，出现起泡现象。有的易老化变色，使用寿命短暂，尤其在有化学腐蚀性较强环境，如实验室、生产车间等，使用寿命会更短，具有一定局限性。以聚醚醚酮为主要组成的热固性粉末涂料，因其具有工程塑料聚醚醚酮的一些独特优势，扩大了热固性涂料的应用范围。在进行聚醚醚酮涂料的研究中发现，以聚醚醚酮粉喷涂常温固化的涂料，涂层强度不高，容易脱落。以聚醚醚酮粉喷涂再经热熔固化的涂料，其涂层强度得到极大的提高。但当涂层较薄时，热熔固化后，由于聚醚醚酮粉末热熔后熔聚，涂层收缩，表面会出现间断断隙，有凹凸外观，。当涂层过厚，热熔固化后涂层表面出现流淌迹象，个别还有流痕，这种涂层外观，满足不了用户的需要。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，制备的涂料具有附着力强，表面光滑，耐摩擦性、韧性高，对酸、碱、盐溶液具有极好的抗蚀性;与同类涂料相比，热稳定性更高，在近300°C温度时，无任何不良反应，具有十分广阔的应用前景。
[0004]—种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，其特征是:包括以下步骤，
[0005]步骤一、改性伊利石的制备
[0006]取1g伊利石粉末放入250ml三口烧瓶中；配制质量浓度为5%的硫酸溶液100ml，倒入三口烧瓶中，固定三口烧瓶，进行搅拌2h;搅拌结束后，将三口烧瓶中的物料倒入500ml的烧杯中，采用蒸馏水冲洗物料并过滤，冲洗至酸碱度为中性，取出伊利石，获得酸洗后的伊利石；
[0007]配制乙醇水溶液10ml，其中水与乙醇的体积比为1:9，置于250ml的三口烧瓶中，向烧瓶中加入酸洗后的伊利石，固定三口烧瓶，搅拌Ih后，加入5 %的KH-560偶联剂，用醋酸调节PH值至4，搅拌8h后倒入500ml的烧杯中，用蒸馈水冲洗至中性，过滤后在120°C的条件下干燥12h，制得的改性伊利石置于干燥瓶内备用；
[0008]步骤二、量取聚醚醚酮粉末
[0009]量取粒径< 600目的聚醚醚酮粉末1.5g，置于500ml的烧杯中备用；
[0010]步骤三、混合涂料的制备
[0011 ]取所述步骤二的聚醚醚酮1.5g和所述步骤一获得的改性伊利石0.5g进行混合，获得聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料。
[0012]步骤四、涂层施工与热熔固化
[0013]施工时取所述步骤三获得的聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料2g以及30ml乙醇同时放入250ml三口烧瓶中搅拌，待物料混合均匀，将其倒到平放的待涂样板上;平放到烘箱内，在100 °C的条件下，干燥2h，取出干燥后的样板，与地面垂直放入高温固化炉内，炉内充满氩气保护，在400°C恒温条件下，静置lOmin，待炉内温度降为110°C?130°C时取出样板，进行物性检测。
[0014]通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果:一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，制备的涂料具有附着力强，表面光滑，耐摩擦性、韧性高，对酸、碱、盐溶液具有极好的抗蚀性;与同类涂料相比，热稳定性更高，在近300°C温度时，无任何不良反应，具有十分广阔的应用前景。
【附图说明】
[0015]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
[0016]图1为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法流程示意图。
[0017]图2为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的酸洗改性伊利石SEM分析微观结构的示意图。
[0018]图3为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的十六烷基三甲基溴化铵改性伊利石SEM分析微观结构示意图。
[0019]图4为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的酸洗后偶联剂改性伊利石SEM分析微观结构不意图。
[0020]图5为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的聚醚醚酮/酸洗改性伊利石混合物料热固涂层断面SEM分析微观结构的示意图。
[0021]图6为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的聚醚醚酮/十六烷基三甲基溴化铵改性伊利石混合物料热固涂层断面SEM分析微观结构示意图。
[0022]图7为本发明一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的聚醚醚酮/酸洗后偶联剂改性伊利石混合物料热固涂层断面SEM分析微观结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]—种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤，
[0024]步骤一、改性伊利石的制备
[0025]取1g伊利石粉末放入250ml三口烧瓶中；配制质量浓度为5%的硫酸溶液100ml，放入三口烧瓶中，固定三口烧瓶，进行搅拌2h;搅拌结束后，将三口烧瓶中的物料倒入500ml的烧杯中，采用蒸馏水冲洗物料并过滤，冲洗至酸碱度为中性，取出伊利石，获得酸洗后的伊利石；
[0026]配制乙醇水溶液100ml，其中水与乙醇的体积比为1:9，置于250ml的三口烧瓶中，向烧瓶中加入酸洗后的伊利石，固定三口烧瓶，搅拌Ih后，加入5 %的KH-560偶联剂，用醋酸调节PH值至4，搅拌Sh后倒入500ml的烧杯中，冲洗至中性，过滤后在120 °C的条件下干燥12h，获得改性伊利石置于干燥瓶内备用；
[0027]步骤二、量取聚醚醚酮粉末
[0028]量取粒径< 600目的聚醚醚酮粉末1.5g，置于500ml的烧杯中备用；
[0029]步骤三、混合涂料的制备
[0030]取所述步骤二的聚醚醚酮1.5g和所述步骤一获得的改性伊利石0.5g进行混合，获得聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料。
[0031 ]步骤四、涂层施工与热熔固化
[0032]施工时取所述步骤三获得的聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料2g以及30ml乙醇同时放入250ml三口烧瓶中搅拌，待物料混合均匀，将其倒到平放的待涂样板上;平放到烘箱内，在100 °C的条件下，干燥2h，取出干燥后的样板，与地面垂直放入高温固化炉内，炉内充满氩气保护，在400°C恒温条件下，静置lOmin，待炉内温度降为110°C?130°C时取出样板，进行物性检测。
[0033]聚醚醚酮粉末具有较强的静电效应，600目以上的聚醚醚酮粉末与伊利石共混后，由于1000多目的伊利石粉粒度比聚醚醚酮粉更小，片层状的伊利石粉将聚醚醚酮颗粒包裹起来。当混合涂层被加热聚醚醚酮熔融后，具有一定流动性的聚醚醚酮从伊利石包裹颗粒的缝隙中流出，接触到被涂覆体表面及伊利石颗粒表面，固化后形成以聚醚醚酮为粘接物的涂层。聚醚醚酮韧窝结构明显，断面大部分是伊利石片间的断面，伊利石片上没有聚醚醚酮颗粒存在，这说明聚醚醚酮分子没能进入到伊利石片层中间，还说明起粘结作用的聚醚醚酮与伊利石之间的粘结强度大于伊利石片层之间的强度。因此，用聚醚醚酮/伊利石制备涂料的涂层强度，很大程度上受控于伊利石颗粒的层间强度，并非聚醚醚酮起主要作用。测试的结果也证明聚醚醚酮/伊利石涂层虽然解决了涂层热熔流淌、收缩的问题，但强度低于纯聚醚醚酮的涂层强度。同时，由于伊利石粉末并非全部包覆在聚醚醚酮颗粒的周围，游离的又分散不均匀，致使涂层热固后有些地方略薄，有些地方略厚，涂层整体平整性相比单用聚醚醚酮有改观，还是不尽理想。
[0034]若改变伊利石片层的层间距，使聚醚醚酮分子进入到伊利石片层之间，一定程度上会改变涂层强度。因此，伊利石改性，或扩大其片层的层间距，是制备聚醚醚酮/改性伊利石涂料的一个重要因素。伊利石改性就是将伊利石的片层中某一离子被其他离子置换下来，或以共价键与其他基团结合，使伊利石的性质发生改变、或伊利石颗粒片层间距增大。
[0035]在试验中分别采用用了三种方案对伊利石进行改性:1、酸洗改性伊利石；2、十六烷基三甲基溴化铵改性伊利石;3、酸洗后偶联剂改性伊利石。
[0036]这三种改性形式，目的就是增加改性伊利石与聚醚醚酮互混性，形成均匀涂层表面。同时兼顾加大伊利石颗粒片层层间距，使聚醚醚酮分子有机会更多的进入其片层间，提高涂料强度。图2为酸洗改性伊利石的SEM图，从中看出酸洗后的伊利石颗粒片层的边部不规则，相比未酸洗的伊利石比表面有所提高。图3为十六烷基三甲基溴化铵改性伊利石的SEM图，从中看出十六烷基三甲基溴化铵改性的伊利石颗粒片层的边部稍有翘起，使原本呈二维片层的伊利石颗粒向三维方向发展。图4为酸洗后偶联剂改性伊利石的SEM图。从中看出酸洗后偶联剂改性伊利石颗粒，有被油过一遍的外观，使其与热熔的聚醚醚酮会更有亲和性。
[0037]从图2、图3及图4相应物料的XRD测定数据及比表面测定数据推断，以酸洗后偶联剂改性伊利石有较大的比表面积及稍大的层间距。
[0038]从图5、图6及图7三组涂层断面的SEM图可以看出:涂层断面都有聚醚醚酮粒子存在。相比之下，偶联剂改性的涂层断面聚醚醚酮粒子分布得更多、更均匀。断面中聚醚醚酮颗粒越多，涂层强度越高，这也进一步说明偶联剂改性的伊利石、聚醚醚酮混合涂层强度最好。同时，也说明酸洗后偶联剂改性伊利石在与聚醚醚酮混合热熔时，有更多聚醚醚酮分子进入到伊利石颗粒的片层间，相比聚醚醚酮/伊利石涂层断面，可推断酸洗后偶联剂改性伊利石颗粒片层层间距大于未改性伊利石颗粒片层的层间距，也大于其他二种改性伊利石片层间距，才有可能使更多的聚醚醚酮分子进入到改性伊利石颗粒的片层间，从而使混合涂层附着强度增加。当然，图7的涂层断面有可能从伊利石颗粒与颗粒间断开，这说明伊利石颗粒片层间的作用力，加上进入片层间的、热熔固化的聚醚醚酮颗粒的作用力，已大于伊利石颗粒与颗粒间的聚醚醚酮的作用力，同时，此力也大于未改性及其他二种改性伊利石颗粒片层间作用力，表明酸洗后偶联剂改性伊利石能满足聚醚醚酮/改性伊利石混合热固涂料的强度要求。
[0039]改性伊利石层间距变大，聚醚醚酮分子热熔时可扩散、或流到其层间，图7的断面图可以说明。涂层热熔固化后，聚醚醚酮固化后起到伊利石层片间粘接作用，涂层附着强度好于未改性的伊利石。同时，加入的改性伊利石比例适当，阻止了热熔后的聚醚醚酮涂层流淌，且不影响聚醚醚酮与被涂覆物的粘接强度。特别说明的，改性伊利石层间距越大，涂层强度会越好，但添加的改性伊利石物料量会减少，原因是改性伊利石层间距越大，进入的聚醚醚酮会越多，相对的，在达到同样涂层效果时伊利石加入量会减少，加入层间距更大的蒙脱土证明了这一结论。另外，从经济角度考虑，适当增加改性伊利石的比例，会降低涂料的价格，一定程度上，也提高了改性伊利石的价格，扩大伊利石的应用范围。因此，伊利石改性就是适当控制层间距，以达到不改变涂层附着强度，最大量的改变改性伊利石的添加量。
[0040]在聚醚醚酮与伊利石粉混合时，采用干混、湿混及聚醚醚酮熔融混合等多种方案，混合物料中伊利石混合不均，主要原因是聚醚醚酮粉料静电效应较强，且是有机聚合物。伊利石是一种矿物质，属于无机物。二种物料混合时，由于各自性质差异较大，混合不均勾。采用改性的伊利石粉，按一定比例混合，涂层加热固化，获得了较为理想的聚醚醚酮/改性伊利石涂层，原因是改性的伊利石加入一定量的有机基团，使其具有一定有机性，确保二种粉料在涂层前均匀相混。虽然在涂层热熔固化时，改性的伊利石粉中有机组分会跑掉，但这时改变不了伊利石粉在聚醚醚酮涂层中的位置，因此固化后的聚醚醚酮/改性伊利石涂层表面光滑、平整，同时，由于此混合物的涂层仍以聚醚醚酮为附着介质，涂层附着强度未发生变化。本发明中以25 %改性伊利石加入到相应聚醚醚酮粉末中，制得聚醚醚酮/改性伊利石涂料，将其涂覆在样板上，热熔固化后得到表面光滑、平整、附着强度高，耐较高温度的涂层。
【主权项】
1.一种聚醚醚酮与改性伊利石混合热固性涂料的制备方法，其特征是:包括以下步骤， 步骤一、改性伊利石的制备 取1g伊利石粉末放入250ml三口烧瓶中；配制质量浓度为5 %的硫酸溶液10ml，倒入三口烧瓶中，固定三口烧瓶，进行搅拌2h;搅拌结束，将三口烧瓶中的物料倒入500ml的烧杯中，采用蒸馏水冲洗物料并过滤，冲洗至酸碱度为中性，取出伊利石，获得酸洗后的伊利石；配制乙醇水溶液10ml，其中水与乙醇的体积比为1:9，置于250ml的三口烧瓶中，向烧瓶中加入酸洗后的伊利石，固定三口烧瓶，搅拌Ih后，加入5 %的KH-560偶联剂，用醋酸调节PH值至4，搅拌Sh后倒入500ml的烧杯中，用蒸馏水冲洗至中性，过滤后在120°C的条件下干燥12h，制得的改性伊利石置于干燥瓶内备用； 步骤二、量取聚醚醚酮粉末 量取粒径< 600目的聚醚醚酮粉末1.5g，置于500ml的烧杯中备用； 步骤三、混合涂料的制备 取所述步骤二的聚醚醚酮I.5g和所述步骤一获得的改性伊利石0.5g进行混合，获得聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料； 步骤四、涂层施工与热熔固化 施工时取所述步骤三获得的聚醚醚酮与改性伊利石混合涂料2g以及30ml乙醇同时放入250ml三口烧瓶中搅拌，待物料混合均匀，将其倒到平放的待涂样板上;平放到烘箱内，在1000C的条件下，干燥2h，取出干燥后的样板，与地面垂直放入高温固化炉内，炉内充满氩气保护，在400 0C恒温条件下，静置1min，待炉内温度降为110 °C?130 °C时取出样板，进行物性检测。
【文档编号】C09D5/08GK105838185SQ201610423746
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王树江, 单绍雷, 杨永恒, 苑春晖, 温春阳, 刘亚鑫
【申请人】长春工业大学