專利名稱：一種納米改性粉末涂料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米改性粉末涂料的制備方法，屬于國際專利分類C09D5/03“以其物理性質(zhì)或所產(chǎn)生的效果為特征的粉末涂料”技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國的涂料特別是粉末涂料產(chǎn)業(yè)近年來有較快的發(fā)展，但是與先進國家相比涂料產(chǎn)業(yè)的總體水平仍有很大差距，利用一些高科新技術(shù)改造傳統(tǒng)涂料產(chǎn)業(yè)是迅速提高我國涂料產(chǎn)業(yè)水平的捷徑。傳統(tǒng)涂料在產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量效果方面，在產(chǎn)生特殊功能作用方面，在拓展涂料的專業(yè)應(yīng)用和特殊應(yīng)用領(lǐng)域方面，都存在許多缺陷與不足。
納米材料由于具有一系列特殊的物理化學(xué)性能，因此受到了人們越來越多的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種利用納米材料對傳統(tǒng)涂料產(chǎn)品進行改性處理，使傳統(tǒng)涂料產(chǎn)品發(fā)生本質(zhì)的性變，用以提高涂料產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量效果的納米改性粉末涂料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
本項發(fā)明所利用的納米材料主要涉及納米TiO2和SiO2粉體材料。
從原理上，納米材料基本定義為粒徑在1-100納米之間具有特殊物理性能的材料。廣義的納米材料還包括三維結(jié)構(gòu)中有一維的長度在1-100納米之間或者具有納米結(jié)構(gòu)的材料。一般認為納米材料具有四大效應(yīng)。即界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等。
本發(fā)明的納米改性粉末涂料所使用納米材料為納米半導(dǎo)體材料，如納米金屬氧化物TiO2和SiO2等，這類納米材料具有如下特性光學(xué)特性半導(dǎo)體納米粒子(1-100nm)由于存在著顯著的量子尺寸效應(yīng)，因此它們的光物理和光化學(xué)性質(zhì)迅速成為目前最活躍的研究領(lǐng)域之一，其中納米半導(dǎo)體粒子所具有的超快速的光學(xué)非線性響應(yīng)及(室溫)光致發(fā)光等特性倍受世人矚目。通常當(dāng)半導(dǎo)體粒子尺寸與其激子玻爾半徑相近時，隨著粒子尺寸的減小，半導(dǎo)體粒子的有效帶隙增加，其相應(yīng)的吸收光譜和熒光光譜發(fā)生藍移，從而在能帶中形成一系列分立的能級。
光電催化特性Ueda等較早從太陽能的觀點出發(fā)，對納米半導(dǎo)體所進行的微多相光電催化反應(yīng)進行了研究。這些反應(yīng)主要集中在光解水、CO2和N2固定化、光催化降解污染物及光催化有機合成等方面。
奇特的選擇性①粒徑不同，則反應(yīng)的選擇性也不同。Anpo等人曾對鉑化的TiO2粒子光催化丙炔與水蒸氣的反應(yīng)進行了研究。結(jié)果表明反應(yīng)產(chǎn)物為甲烷、乙烷和丙烷，反應(yīng)的選擇性(定義為丙烷與乙烷的摩爾比)隨著粒徑的減小而降低。當(dāng)粒子尺寸由200nm降為5.5nm時，反應(yīng)的選擇性降低了10倍。②納米半導(dǎo)體粒子光催化反應(yīng)的選擇性與在電極分離的PEC電池中進行的不同。這是由于粒子尺寸小，其表面氧化和還原位置距離很近所致。例如TiO2與鉑電極組成的電池，光分解醋酸生成乙烷和CO2而Pt/TiO2納米粒子光催化分解的產(chǎn)物是甲烷和CO2。③不同種類的納米半導(dǎo)體粒子催化應(yīng)反的選擇性不同。利用納米TiO2和ZnS半導(dǎo)體粒子光催化甲醇水活液制氫，前者產(chǎn)物為H2，而后者產(chǎn)物為丙三醇和H2。
吸收特性對于納米半導(dǎo)體懸浮體系，分散在溶液中粒子的粒徑很小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)目多，吸收效率高，故不易達到光吸收飽和的程度；另一方面，反應(yīng)體系的比表面很大，同時也有利于反應(yīng)物的吸附。研究表明在光催化反應(yīng)中，反應(yīng)物吸附在催化劑的表面是光催化反應(yīng)的一個前置步驟。催化反應(yīng)的速率與讀物在催化劑的吸附量有關(guān)。納米半導(dǎo)體粒子強的吸附效應(yīng)甚至允許光生載流子優(yōu)先與吸附的物質(zhì)進行反應(yīng)而不管溶液中其它物質(zhì)的氧化還原單位順序。
納米SiO2和TiO2材料的生產(chǎn)原理、結(jié)構(gòu)與特性1、納米SiO2材料納米SiO2是由硅或者有機硅的氯化物高溫水解生成的表面帶有羥基的超微細粉末，粒徑小于100nm，通常為20～60nm，化學(xué)純度高，分散性好，比表面積大。在化學(xué)工業(yè)中，又叫白炭黑，是目前世界上大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)量最高的一種納米粉體材料。
納米SiO2的生產(chǎn)原理目前采用最多的是燃燒法(氣相法或干法)和沉淀法(溫法)兩種。氣相法生產(chǎn)納米SiO2的基本原理，就是由無機硅或有機硅的氯化物水解法，精制的氫氣、空氣和硅化物蒸氣按一定比例進入水解爐進行高溫(1000～1200℃)水解，生成二氧化硅氣溶膠，經(jīng)聚集器收集二氧化硅納米級粒子。其化學(xué)反應(yīng)式如下
沉淀法是由可溶性硅酸鹽以酸分解，制得不溶性的SiO2。其化學(xué)反應(yīng)式為
氣相法和沉淀法生產(chǎn)的納米SiO2有一定差別粒徑是前者小，后者大，當(dāng)然都小于40nm。前者生產(chǎn)的納米SiO2有效量高，后者結(jié)構(gòu)空隙大，存在毛細管現(xiàn)象；前者氫氧含量低，后者堿性強。
納米SiO2的結(jié)構(gòu)與特性納米SiO2為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。呈絮狀和網(wǎng)狀的準顆粒結(jié)構(gòu)，為球形狀。單個的納米SiO2粒子因表面作用能強，彼此接觸團聚，形成二次結(jié)構(gòu)，這種聚集結(jié)構(gòu)可能存在硬團聚和軟團聚。軟團聚在剪切力作用下，可以再次被分散成一次結(jié)構(gòu)；但硬團聚則是不可逆的，只能使納米SiO2的粒子越來越大，而無法將其再次分散開來。氣相法生產(chǎn)的納米SiO2結(jié)構(gòu)比較緊密，一次結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)成具有相對的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，成分基本保持不變。而沉淀法生產(chǎn)的納米SiO2則因其結(jié)構(gòu)疏松，存在毛細管現(xiàn)象，空氣易侵入，一次結(jié)構(gòu)的內(nèi)部易被空氣氧化，最后形成硬團聚，造成使用性能下降，甚至失去納米粒子的特性。納米SiO2像其他納米材料一樣，表面都存在不飽和的殘鍵以及不同鍵合狀態(tài)的羥基，表面因缺氧而偏離了穩(wěn)態(tài)的硅氧結(jié)構(gòu)，故納米二氧化硅的分子簡式可表示為SiO2-x(x0.4～0.8)。正因如此，納米SiO2才具有很高的活性，產(chǎn)生許多特別的諸如光學(xué)屏蔽等性質(zhì)，而具有很廣泛的用途。其主要技術(shù)指標(biāo)如表1。
表1納米SiO2主要技術(shù)指標(biāo)

納米SiO2的基本物性納米SiO2為無定型白色粉末(指其軟團聚體)，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。經(jīng)透射電鏡測試分析，這種材料明顯呈現(xiàn)出絮狀和網(wǎng)狀的準顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸小(3～15nm)，比表面積大，表面存在大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基，因表面欠氧而偏離了穩(wěn)態(tài)的硅氧結(jié)構(gòu)，故分子式SiO2應(yīng)寫為SiOx(其中x在1.2～1.6之間)。納米SiOx的主要技術(shù)指標(biāo)見表2。
表2納米SiOx主要技術(shù)指標(biāo)

納米SiOx獨特的光學(xué)特性材料的光學(xué)性能是由其對太陽光的反射性能或吸收性能所決定的。SiOx納米微粒由于尺寸小到幾個納米或十幾個納米而表現(xiàn)出奇異的小尺寸效應(yīng)和表面界面效應(yīng)，因而其光學(xué)性能也與常規(guī)的塊體及粗顆粒材料不同。如一種代號為S640的涂料專用納米SiOx由于其顆粒粒徑為3～15nm而表現(xiàn)出奇異的特性。用分光光譜儀測得SiOx的光學(xué)反射譜圖見圖1所示。
由圖1可見，納米SiOx對中波UVB(280～320nm)反射率為85％，對短波UVC(200～280nm)反射率在70％～80％。
納米SiO2的應(yīng)用的有益效果納米SiO2屬于精細化工產(chǎn)品，它在建筑業(yè)、化工、醫(yī)藥、特種材料、航天航空業(yè)的特種制品、農(nóng)作物種子處理等方面都有重要應(yīng)用。納米SiO2的特別性能使其在本發(fā)明的納米改性粉末涂料中起到明顯的改變傳統(tǒng)粉末涂料的性能、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了新的功能，具體一一敘述如下。
①在普通粉末涂料中添加少量納米SiO2后，產(chǎn)品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過傳統(tǒng)粉末涂料產(chǎn)品，并且可以保持顏色長久不變。涂料層面的抗折性顯著的提高。
②我國是涂料生產(chǎn)和消費大國，但當(dāng)前國產(chǎn)涂料普遍存在著性能方面的不足，諸如懸浮穩(wěn)定性、觸變性、耐候性、耐洗刷性能等較低的問題，致使我國每年需進口大量高檔涂料。在涂料中，納米SiO2可提供防結(jié)塊、防流掛、乳化、流化性、消光性、支持性、懸浮、增稠、觸變性等功能。納米SiO2在涂料中成功地應(yīng)用，一改過去產(chǎn)品質(zhì)量的不足，其主要性能指標(biāo)均大幅提高，如人工加速氣候老化和人工輻射暴露老化時間由原來的250h(粉化1級、變色2級)提高到1000h(無粉化、漆膜無變色)。此外，涂膜與金屬體結(jié)合強度大幅提高，涂膜硬度顯著增加，表面自潔能力也獲得改善等。
③只要能將納米SiO2顆粒充分、均勻地分散到粉末涂料材料中，完全能達到全面改變粉末涂料基料性能的目的。納米SiO2改性的涂末涂料因納米顆粒與有機高分子產(chǎn)生接技和鍵合作用，使材料韌性增加，可克服粉末涂料本身的硬度較低、耐磨性較差的缺點，提高拉伸強度和沖擊強度以及耐熱性能；使粉末涂料的強度、韌性、延展性均大幅度提高。納米SiO2可以強烈地反射紫外線，它加入到粉末涂料中可大大減少紫外線對涂層表面的降解作用，從而達到延緩?fù)繉永匣哪康?。由于納米SiO2的高流動性和小尺寸效應(yīng)，使涂料表面更加致密光潔，磨擦系數(shù)變小，加之納米顆粒的高強度，使涂層的表面耐磨性大大增強。
④在粉末涂料基料里添加的納米SiO2可以使粉末涂料顆粒之間更加致密，強度和抗冷熱疲勞等性能大幅度提高。不但提高涂料的強度、韌性，而且提高了材料的硬度和彈性等性能，改性后的應(yīng)用效果十分顯著。
⑤顏(染)料雖具有鮮艷的色彩和很強的著色力，但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不能持久。通過添加納米SiO2對顏(染)料進行表面改性處理，不僅使顏(染)料抗老化性能大幅度提高，而且亮度、色調(diào)和飽和度等指標(biāo)也均有一定程度的提高，性能可與進口高檔顏(染)料產(chǎn)品相媲美，極大拓寬了顏(染)料的檔次和應(yīng)用范圍。
⑥納米SiO2具有增稠、觸變性控制，可增加粘結(jié)強度，保證自由流動，具有防止結(jié)塊、保持透明度、防下垂、補強、抗剪切等作用。在納米SiO2表面包敷一層涂料材料，使之具有憎水性，經(jīng)處理后的涂層中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米SiO2小顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制膠體流動，加快固化速度，提高附著效果。由于納米SiO2顆粒尺寸小，從而增加了涂層表面的密封性和防滲性。
⑦納米SiO2具有對紫外線的反射性質(zhì)，屬無機成分，易與粉末涂料的其他組分配伍，無毒、無味，且自身為白色，在抗紫外線等方面有著重要作用。
⑧納米SiO2具有高比表面高活性的特點，但它本身并不像納米TiO2一樣具有殺菌作用，而是利用納米SiO2表面多孔性結(jié)構(gòu)和強吸附能力，經(jīng)巧妙設(shè)計將銀離子均勻地分散在SiO2表面的微孔中，再進行穩(wěn)定化處理。將這種納米SiO2應(yīng)用到涂料及其他材料中，能緩慢地發(fā)揮抗菌、殺菌的作用，用于涂料中，可以研制高效持久抗菌涂料。
2、納米TiO2材料TiO2有板鈦礦(brookite)、金紅石(rutile)和銳鈦礦(anatase)3種晶型。其中金紅石型和銳鈦礦型TiO2應(yīng)用較廣泛，這2種TiO2均屬于四方晶系。納米TiO2的粒徑為普通鈦白粉的1/10。
納米TiO2材料的生產(chǎn)原理納米級TiO2的制備分為液相法和氣相法，制得的產(chǎn)品有銳鈦礦型和金紅石型，見表3。
表3納米TiO2的制備方法

納米TiO2結(jié)構(gòu)與特性與常規(guī)材料相比，納米級TiO2具有獨特的性能①比表面積大、②磁性強、③光吸收性好，尤其吸收紫外線光的能力強、④表面活性大、⑤熱導(dǎo)性好、⑥分散性好，所制懸浮液穩(wěn)定。
銳鈦型納米TiO2比金紅石型納米TiO2光活性高，原因是銳鈦型的能帶隙為3.2ev，金紅石型的能帶隙為3.0ev。當(dāng)納米TiO2用作帶有顏色的粉末涂料時，銳鈦型TiO2由于其光化活性太大而不用于戶外型涂料；而金紅石型TiO2則因其具有很高的紫外屏蔽性和耐候性備受用戶青睞。相反地，將納米TiO2用作涂料的抗菌改性成分時，以使用銳鈦型TiO2為好。使用銳鈦型TiO2時，有效的紫外線區(qū)域為波長小于380nm，室內(nèi)熒光燈表面的輻射量為0.2mw/cm2，因此在明亮的室內(nèi)也有光催化效果。
金紅石型納米TiO2的功能及作用納米TiO2的功能之一是具有透明性和紫外吸收能力，因此可以開發(fā)多種用途。如用作防曬化妝品添加劑，加入超細納米TiO2后，可防止紫外線對皮膚的傷害，起到保護皮膚作用；用作食品包裝薄膜、油墨、塑料填料，以代替有機的紫外線吸收劑；用于涂料工業(yè)，能提高涂料的耐老化性能；在其它行業(yè)中，可作填充料、觸媒載體、吸附劑、陶瓷工業(yè)的顏料等；銳鈦型納米TiO2的功能及作用由于光的照射而引起由阻下降的物質(zhì)，稱為光半導(dǎo)體，TiO2、ZnO、CaS、Se等都具有這種性質(zhì)。二氧化鈦是金屬過渡型的半導(dǎo)體，用光照射(近紫外線光波)，可激發(fā)超價電子帶的電子向傳導(dǎo)帶遷移，從而顯示出導(dǎo)電性質(zhì)。而價電子帶形成的孔穴電子親和力大，顯示出很大的氧化能力，因而能進行各種光催化反應(yīng)。
例如A、水的光解水的光解作為利用太陽能技術(shù)的內(nèi)容之一，用光半導(dǎo)體進行水的光解，以獲得廉價的氫能，目前正在研究之中。光半導(dǎo)體是在二氧化鈦微粉上覆上Pt、Pd、RuO2等，就可以作水光解的光催化劑。目前還存在的問題是氫的發(fā)生率較低。從光催化活性這一點來說，銳鈦型比金紅石型的活性要高，添加某種有機物可以提高光解效率。
B、殺菌功能二氧化鈦的光催化作用還顯示出有殺菌功能，在二氧化鈦表面覆上鉑，它在光照下與大腸桿菌接觸使細菌大量致死，明顯地具有殺菌作用。在室溫下，它還能使硫化物或氨之類的氮化物分解，使其具有除臭和殺菌功能。
關(guān)于粉末涂料的基本定義和組合原理粉末涂料是由樹脂、固化劑(在熱固性粉末涂料中)、顏料、填料和助劑(包括流平劑、穩(wěn)定劑等)組成，和一般的涂料差不多，就是不含溶劑而已。因為不含溶劑，在制造方法上，和一般涂料就有較大的差別。
粉末涂料有如下優(yōu)點粉末涂料不含有機溶劑，避免了有機溶劑帶來的火災(zāi)、中毒和運輸中的不安全問題。雖然存在粉塵爆炸的危險性，但是只要把體系中的粉塵濃度控制適當(dāng)，爆炸是完全可以避免的；不存在有機溶劑帶來的大氣污染，符合防止大氣污染的要求；粉末涂料是100％的固體體系，可以采用閉路循環(huán)體系，噴溢的粉末涂料可以回收再用，涂料的利用率可達95％以上；粉末涂料用的樹脂的分子量比溶劑型涂料的大，因此涂膜的性能和耐久性比溶劑型涂料有很大的改進。
生產(chǎn)粉末涂料需要使用合成樹脂、固化劑(在熱固性粉末涂料中)、顏料、填料和助劑等幾種原料，因此選擇好這些原料是很重要的，這是因為每一種原料選擇得是否適當(dāng)，對涂料和涂膜性能有很大的影響。
環(huán)氧樹脂的耐熱性和光穩(wěn)定性不好，聚酯樹脂比較好，丙烯酸樹脂的耐熱性和光穩(wěn)定性非常好。固化劑的組成對涂膜耐熱、耐光性能有影響，例如在環(huán)氧粉末涂料中，酸固化的比胺固化的穩(wěn)定性好。從流平劑來說，有機硅樹脂比丙烯酸樹脂好。為了改進涂膜耐熱、耐光性能，也就是改進熱變黃性和耐紫外光等性能，應(yīng)添加防氧化劑、紫外線吸收劑等助劑。
聚酯粉末涂料是繼環(huán)氧粉末涂料和聚酯/環(huán)氧粉末涂料發(fā)展起來的耐候性粉末涂料。在性能方面，其耐候性比丙烯酸粉末涂料差一點，但作為戶外用涂料具有較好的耐候性能，而且涂膜的平整性、防腐蝕性能及機械強度都很好，綜合考慮它是比較好的粉末涂料品種之一。
熱固性粉末涂料所用聚酯樹脂，主要是由苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯四甲酸、 己二酸、壬二酸、癸二酸、順丁烯二酸等飽和多元羧酸同乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷季戊四醇等多元醇經(jīng)縮聚得到，分子量范圍是1000-6000。由于工程發(fā)展要求，用于鋁合金表面的粉末涂料發(fā)展較快，但是主要存在耐老化性、硬度(耐磨損性)差等質(zhì)量問題。
常用的聚酯樹脂合成法請見圖4。
利用納米材料對粉末涂料作改性處理的制備過程用納米材料對聚酯類粉末涂料的改性處理，可以利用納米TiO2和SiO2粉體材料，具有顯著的作用。主要步驟如下納米材料的表面處理和復(fù)配1#納米TiO22#納米SiO23#70％1#+30％2#選用了幾種聚酯類樹脂和粉末涂料作為改性對象，基本方法對涂料直接分別進行添加以上3種納米材料，添加比例分別為0.5％、1％、1.5％。
對樹脂材料預(yù)混過程(每單位量以100kg為標(biāo)準)納米材料與粉末涂料基料采取三級分散法進行。具體步驟如下①、將已確定的某種品種的粉末涂料基料和一定比例的納米材料以100公斤作為一個單位量。按粉末涂料基料的25％(即25)公斤和納米材料總量的50％裝入全封閉攪拌容器中進行2分鐘的攪拌混合，得到納米改性粉末涂料高濃度預(yù)混料；②、在混合完成一級高濃度納米改性粉末涂料預(yù)混料基礎(chǔ)上，再加入50％的粉末涂料基料和30％的納米材料，繼續(xù)在全密封攪拌容器中進行4-6分鐘的攪拌混合，便得到二級擴散納米改性涂料預(yù)混料；③、將剩余的25％粉末涂料基料和20％的納米材料，全部裝入已經(jīng)完成兩次攪拌納米改性粉末涂料預(yù)混料密封容器中。最后進行8-11分鐘的第三次混合攪拌，最終得到完全(充分)分散混合的納米改性粉末涂料預(yù)混料。
納米改性粉末涂料的生產(chǎn)制做過程1、溶煉、擠出、制片過程溶煉、擠出、制片過程是在一個專用設(shè)備上，進行的一個連續(xù)的不間斷工作過程。具體步驟如下①、熔煉、擠出將經(jīng)過三級分散法制成的充分分散混合的納米改性粉末涂料預(yù)混料，裝入溶煉、擠出設(shè)備的全密封料罐內(nèi)；啟動電源，分別將溶煉腔內(nèi)前端預(yù)熱腔溫度升至120℃(±5℃)，終端擠出腔溫度升至155℃(±5℃)；開啟全密封料罐出料門，使納米改性粉末涂料預(yù)混料按設(shè)備技術(shù)允許量連續(xù)出料，在全密封條件下進入溶煉腔內(nèi)前端的預(yù)熱腔內(nèi)，經(jīng)每分鐘轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)的傳送軸傳送預(yù)熱，時間控制在10-15秒(±3秒)的升溫預(yù)熱；在不停頓的狀態(tài)下連續(xù)將預(yù)熱后的納米改性粉末涂料預(yù)混料通過傳送軸送至終端擠出腔內(nèi)，再經(jīng)過155℃(±5℃)、15-25秒(±3秒)的升溫，將預(yù)熱后的納米改性粉末涂預(yù)混料熔煉成膠糊狀后，從擠出腔的出口擠出；②、制片、破碎A、制片過程被擠出的膠糊狀納米改性粉末涂料預(yù)混料落在擠出口下方200mm處一對內(nèi)向旋轉(zhuǎn)擠壓軸上，將已成膠糊狀的納米改性涂料預(yù)混料擠壓成0.4-1mm厚度、300-350mm寬的柔軟條形片狀，繼續(xù)向下落在擠壓軸下方50-80mm處的鋼輥滾動傳送線上，就此完成制片工序；B、破碎過程被擠壓成寬帶薄片狀的納米改性粉末涂料預(yù)混料，在鋼輥滾動傳送線上經(jīng)過3-5分鐘(距離+速度)的完全在室溫條件下的傳送，自然降溫至50℃以下，這種高溫柔軟的薄片狀納米改性粉末涂料預(yù)混料遇冷降溫后逐漸變的堅挺、硬脆，并被設(shè)在傳送終端的矩形錁壓軸錁壓成碎片后落入到傳送線終端的料罐中。
2、產(chǎn)品成型工藝研磨過篩是在一個全密封專用研磨(CBM)設(shè)備上一次完成的。具體方法如下①、研磨將錁壓成碎片狀的納米改性粉末涂料預(yù)混料裝入全密封研磨設(shè)備的密封料罐內(nèi)，啟動設(shè)備進行研磨，研磨原理如下密封研磨室是由密封外壁、進、出料口，研磨室內(nèi)中間設(shè)有一加套空心軸。加套空心軸的內(nèi)軸與研磨內(nèi)中心盤連接，中心盤上有不規(guī)則排列的沖擊鋼柱，外軸連接室內(nèi)壁的矩形齒盤上，外套固定在研磨室的外壁并和設(shè)備支架固定。在工作狀態(tài)下，加套空心軸的內(nèi)、外軸做反向運轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3000-4000轉(zhuǎn)。當(dāng)原料從進料口進入到高速運轉(zhuǎn)的研磨室內(nèi)時，原料碎片便撞擊到設(shè)有許多不規(guī)則鋼柱的中心盤，中心盤的沖擊鋼柱與高速運動的料塊互相撞擊，并被設(shè)在研磨室內(nèi)壁的矩形齒盤進行咬合研磨。當(dāng)原料粒度被撞擊、研磨達到所需要的設(shè)定程度時，這種細微的呈粉末狀的原料，便以離合的形式被送至研磨室的出料口，進入輸料管道；②、篩選在全密封狀態(tài)下，由研磨室出料口的輸料管道，以連續(xù)不斷的方式將已研磨成一定粒度的納米改性涂料粉末送入篩選室進行規(guī)格篩選，其網(wǎng)篩的規(guī)格是根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求分別由120-200目不等。被篩選后的規(guī)格納米改性粉末涂料粉體由篩選室出料口通過成品管道進入成品料罐，成品料罐出料口通過輸料通道與包裝機口連接，制成后的規(guī)格成品粉末料按市場要求進行規(guī)格包裝，便得到合格的納米改性粉末涂料產(chǎn)品。
3、在鋁合金型材表面的應(yīng)用先將鋁合金型材進行前處理，將處理好的鋁合金型材送入高溫爐內(nèi)進行加熱，將加熱好的型材自然降溫。將配制好的納米改性粉末涂料倒入噴槍中，對處理好的鋁合金型材進行噴涂，將噴涂好的鋁合金型材送入高溫爐內(nèi)進性加熱至徹底烘干為止，將烘干后的型材從高溫爐中取出，自然降溫冷卻即可。
4、實驗結(jié)果特別強調(diào)涂層的硬度和抗老化性能明顯提高另外，納米材料經(jīng)適當(dāng)處理后可以提高涂料的觸變性、儲存穩(wěn)定性、漆膜硬度、高附著力等。
本發(fā)明的積極效果是使傳統(tǒng)涂料產(chǎn)品發(fā)生本質(zhì)的性變，提高了涂料產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量效果，使涂料產(chǎn)品產(chǎn)生特殊功能作用，拓展了涂料的專業(yè)應(yīng)用和特殊應(yīng)用領(lǐng)域。利用納米材料改性涂料產(chǎn)品，提高涂料產(chǎn)品質(zhì)量及功能作用是目前和將來涂料研究領(lǐng)域和涂料產(chǎn)業(yè)比較活躍的發(fā)展方向。
有關(guān)機理解釋1、對涂層抗老化性能提高的原因耐老化性能是涂料的一項重要性能，紫外線是造成涂料老化的重要因素。
紫外線是一種比可見光波長短的電磁波，其波長介于200～400nm。按波長大小又可分為短波UVC(200～280nm)、中波UVB(280～320nm)、長波UVA(320～400nm)。紫外線的波長越短，能量越強，對人危害性也越大。這可以由(1)式和表1中看出。E=Nhcλ----(1)]]>式中E-1mol光量子所具有的能量；N-阿佛加德羅常數(shù)；h-普郎克常數(shù)；c-光速； λ-光速波長。
由式(1)計算出不同波長光所具有能量，如表4所示。
表4光的波長和能量波長/nm 200300400500700800光能量/kj·mol-1598397301238171146鍵名O-HC-HC-CC-C1 N-NO-O高價能/kj·mol-1462413347326158138納米TiO2對紫外線的屏蔽以散射為主，粒徑是影響散射能力的重要因素之一。關(guān)于最佳粒徑的計算公式很多，不同研究者的計算公式不同，結(jié)果亦有差異，最常用的如下 根據(jù)上述公式計算出不同波長銳鈦型TiO2在涂料中散射紫外線的最佳粒徑為70納米。
用掃描電鏡可以觀察到納米材料對粉末涂料中的顏料顆粒有較好的保護作用。在粉末涂料的改性工藝中，納米材料對有機顏料顆粒進行了表面包覆處理，可在不影響顏色的條件下保護有機顏料分子不受紫外線的襲擊。圖2顯示處理后的狀態(tài)。
在本發(fā)明實驗中發(fā)現(xiàn)納米材料的加入可以改變涂料在高溫下成膜后的微觀結(jié)構(gòu)。納米材料與樹脂高分子形成共價鍵的結(jié)合，成膜后具有無機、有機材料的一些共同特點，如高強度、高耐候性、高彈性、高耐磨性等特性。
經(jīng)處理的納米材料與樹脂高分子雜化后的電鏡照片如圖3顯示。
2、對提高涂層硬度的作用機理無機納米粉體對聚合物復(fù)合材料有著雙重的積極影響，即在增強復(fù)合材料的同時，還能提高復(fù)合材料的韌性。納米粒子的這種特殊作用主要原因是粒子的大小、表面結(jié)構(gòu)以及體積因素等方面。
通常認為，粒子粒徑越小，粒子的比表面積越大，表面的物理和化學(xué)缺陷越多，粒子與高分子鏈發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合的機會越多。粒子半徑與復(fù)合材料的強度的近似關(guān)系可表示為τmax=35(1-2.711+r2)]]>式中，r為粒子的半徑；τmax為納米復(fù)合材料所能得到的最高強度。在相同填充量的情況下，粒徑越小，復(fù)合材料的強度越高。說明粒子的粒徑越小，它對基體的增強效率就越高。


圖1納米SiOx的光學(xué)反射譜2掃描電鏡觀察到的納米材料對有機顏料顆粒表面包覆狀態(tài)圖；
圖3經(jīng)處理后的納米材料與樹脂高分子雜化后的電鏡照片；圖4常用的聚酯樹脂合成法流程圖。
具體實施例方式該方法應(yīng)用在鋁合金型材表面時，先將鋁合金型材進行前處理，處理好的鋁合金型材送入高溫爐內(nèi)進行加熱，將加熱好的型材自然降溫，將配制好的納米改性粉末涂料倒入噴槍中，對處理好的鋁合金型材進行噴涂，將噴涂好的鋁合金型材送入高溫爐內(nèi)進性加熱至徹底烘干為止，將烘干后的型材從高溫爐中取出，自然降溫冷卻即可。
權(quán)利要求
1.一種納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于是采用利用納米TiO2和SiO2粉體材料，對聚酯類粉末涂料、丙烯酸粉末涂料、聚氨脂粉末涂料、環(huán)氧樹酯及氟碳粉末涂料的改性處理。
2.如權(quán)利要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于納米改性粉末涂料的納米配制成份及處理技術(shù)在于納米粉體1#納米TiO2、2#納米SiO2、3#納米20～80％1#+20～80％2#。
3.如權(quán)利要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于納米改性粉末涂料配制成份及配比合成樹脂60-70％、固化劑10-26％、顏料10-30％、助劑5-15、填料1-10、納米助劑0.5-10％。
4.如權(quán)力要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于納米材料與粉末涂料基料的預(yù)混料采取三級分散法進行①、將已確定的粉末涂料基料和納米材料以100公斤作為一個單位量，按粉末涂料基料的25％和納米材料總量的50％裝入全封閉攪拌容器中進行2分鐘的攪拌混合，得到納米改性粉末涂料高濃度預(yù)混料；②、在混合完成一級高濃度納米改性粉末涂料預(yù)混料基礎(chǔ)上，再加入50％的粉末涂料基料和30％的納米材料，繼續(xù)在全密封攪拌容器中進行4-6分鐘的攪拌混合，便得到二級擴散納米改性粉末涂料預(yù)混料；③、將剩余的25％粉末涂料基料和20％的納米材料，全部裝入已經(jīng)完成兩次攪拌納米改性粉末涂料預(yù)混料密封容器中，最后進行8-11分鐘的第三次的混合攪拌，便得到充分分散混合的納米改性粉末涂料預(yù)混料。
5.如權(quán)利要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于納米改性粉末涂料的生產(chǎn)制作過程熔煉、擠出、制片過程，是在專用設(shè)備上進行一個連續(xù)的不間斷的工作過程，具體步驟如下①熔煉、擠出將經(jīng)過三級分散法制成的充分分散混合的納米改性粉末涂料預(yù)混料，裝入熔煉、擠出設(shè)備的全密封料罐內(nèi)；啟動電源，分別將熔煉腔內(nèi)前端預(yù)熱腔溫度升至120℃±5℃；終端擠出腔溫度升至155℃±5℃；開啟全密封料罐出料門，使納米改性粉末涂料預(yù)混料按設(shè)備技術(shù)允許量連續(xù)出料，在全密封條件下進入熔煉腔內(nèi)前端的預(yù)熱腔內(nèi)，經(jīng)每分鐘轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)的傳送軸傳送預(yù)熱，時間控制在10-15秒±3秒的升溫預(yù)熱；在不停頓的狀態(tài)下連續(xù)將預(yù)熱后的納米改性粉末涂料預(yù)混料通過傳送軸送至終端擠出腔內(nèi)，再經(jīng)過155℃±5℃、15-25秒±3秒的升溫，將預(yù)熱后的納米改性粉末涂料預(yù)混料熔煉成膠糊狀后，從擠出腔的出口擠出；②制片、破碎制片過程被擠出的膠糊狀納米改性粉末涂料預(yù)混料落在擠出口下方200mm處一對內(nèi)向旋轉(zhuǎn)擠壓軸上，將已成膠糊狀的納米改性粉末涂料預(yù)混料擠壓成0.4-1mm厚度、300-350mm寬的柔軟條形片狀，繼續(xù)向下落在擠壓軸下方50-80mm處的鋼輥滾動傳送線上；破碎過程被擠壓成寬帶薄片狀的納米改性粉末涂料預(yù)混料，在鋼輥滾動傳送線上經(jīng)過3-5分鐘的完全在室溫條件下的傳送，自然降溫至50℃以下，降溫后變堅挺硬脆的混料通過設(shè)在傳送線終端的矩形錁壓軸錁壓成碎片后落入到傳送線終端的料罐中。
6.如權(quán)利要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于產(chǎn)品成型工藝是在一個全密封專用研磨設(shè)備上一次研磨過篩完成的，具體方法如下①研磨將錁壓成碎片狀的納米改性粉末涂料預(yù)混料裝入全密封研磨設(shè)備的密封料罐內(nèi)，啟動設(shè)備進行研磨，研磨后的細微呈粉末狀的原料被狀送至研磨室的出料口，進入輸料管道；②篩選在全密封狀態(tài)下，由研磨室出料口的輸料管道，以連續(xù)不斷的方式將已研磨成一定粒度的納米改性涂料粉末送入篩選室進行規(guī)格篩選，其網(wǎng)篩的規(guī)格是根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求分別由120-200目不等；被篩選后的規(guī)格納米改性粉末涂料粉體由篩選室出料口通過成品管道進入成品料罐；規(guī)格包裝、成品。
7.如權(quán)利要求1所述的納米改性粉末涂料的制備方法，其特征在于所述的熱固性粉末涂料用聚酯樹脂，主要由苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯四甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、順丁烯二酸等飽和多元羧酸同乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷季戊四醇的多元醇經(jīng)縮聚得到，分子量范圍是1000-6000。
全文摘要
一種納米改性粉末涂料的制備方法，是采用利用納米TiO
文檔編號C09D167/00GK1458203SQ03123538
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者咸才軍, 韓巍, 張寶忠, 薛晨晨 申請人:北京市中科捷達技術(shù)研究所