專利名稱：納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備工藝與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟碳涂料及其制備工藝與應(yīng)用，尤其是涉及一種納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備工藝與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋁合金型材和板材具有其它門窗幕墻材料所沒有的特殊性能，它不僅強(qiáng)度高(有的鋁合金可以達(dá)到45號鋼的強(qiáng)度)，并且重量輕(為鋼材的1/3)，可塑性好，可擠壓成各種復(fù)雜的型材斷面，無任何污染，廢舊鋁合金型材可以回收重熔，重復(fù)利用。多年來，國際上一直采用鋁合金型材和板材作為門窗及幕墻材料。近二十多年來，陸續(xù)出現(xiàn)多種材料制成的門窗幕墻對它進(jìn)行挑戰(zhàn)，如玻璃幕墻曾為建筑業(yè)的一種時(shí)尚，但由于它的易碎、自綻裂及造成光污染的缺點(diǎn)，使得大面積應(yīng)用受到阻礙。至今，在國際上尚沒有哪種材料可以完全取代鋁合金。
但鋁是一種活潑金屬，其表面需要進(jìn)行防腐處理才能應(yīng)用。鋁最常用的表面處理經(jīng)典工藝是陽極氧化，使鋁的表面生成一層致密的氧化鋁膜，這層氧化膜能提高鋁的耐蝕性，耐磨性和裝飾性。但是，氧化膜是多孔性物質(zhì)，在許多環(huán)境中會發(fā)生腐蝕斑點(diǎn)；而且，其顏色單調(diào)，僅有銀白色、古銅色等，與現(xiàn)代建筑整體裝飾水平相比，顯示不出現(xiàn)代城市的建設(shè)格調(diào)。粉末噴涂工藝改進(jìn)了鋁材的表面顏色的多樣性和耐蝕性，但粉末噴涂受陽光紫外線照射影響，容易褪色，數(shù)年后，陰面和陽面顏色會有差別。
納米TiO2具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的耐熱性、較高的表面活性以及獨(dú)特的光催化活性等。因此，廣泛地應(yīng)用在化工、電子、航空航天等領(lǐng)域。TiO2具有三種晶型銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型，銳鈦礦具有光催化性能，而金紅石型和板鈦礦型不具有光催化性能。在日本，將光催化劑與涂層材料相結(jié)合，涂裝于道路欄桿和其他建筑上，用來降解汽車廢氣的“光催化涂料”商品已經(jīng)面世。國內(nèi)研究利用金紅石型添加在有機(jī)醇酸涂料、丙烯酸酯以及環(huán)氧樹脂等涂料中來改善涂料的抗光氧化性能，力學(xué)性能，耐腐蝕性能，耐鹽霧性能及其耐磨性能等，但在光催化涂料方面應(yīng)用甚少，主要是納米二氧化鈦對涂料本身的分解作用，使其應(yīng)用受到局限。
現(xiàn)有氟碳涂料本身具有強(qiáng)耐光氧化性，但自清潔性能，耐沾污和耐洗刷性能較差，不適宜用于制做門窗及幕墻的鋁合金型材和板材的表面涂裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于鋁及鋁合金材料表面處理的納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備工藝，以及使用該氟碳涂料涂裝鋁合金型材和板材的涂裝工藝。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明之改性氟碳涂料，是將銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物添加到現(xiàn)有氟碳涂料中，添加比例為銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物∶氟碳涂料＝1-4∶100；優(yōu)選配比為銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物與氟碳涂料的重量配比為2-3∶100；所述銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物中，銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2二者重量配比為4∶1。
本發(fā)明之改性氟碳涂料制備方法包括以下步驟(1)油酸包覆銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物制備 取預(yù)定重量配比的納米二氧化鈦粉末(銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物粉末)倒入10-15倍重量的去離子水中，然后滴加高氯酸，并加以攪拌，使水、粉混合均勻，調(diào)節(jié)其pH值為3～5，然后超聲波振動(dòng)20～40分鐘；再一邊攪拌一邊同時(shí)向混合液中加入相當(dāng)于所加高氯酸1.5-2.5倍的油酸，再緩慢滴加氨水，加入的同時(shí)快速攪拌，調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為7.5-9.0；加熱懸浮液至＞90℃，由于油酸不溶于水，粒子將聚集成塊，慢慢使水分蒸發(fā)，得到被油酸包覆的納米二氧化鈦粉末；(2)混料 將上述制備好的油酸包覆納米二氧化鈦粉末加入到氟碳涂料的稀釋劑(氟碳涂料專用稀釋劑，主要由甲苯、丁酮、丙酮等組成)中(油酸包覆納米二氧化鈦粉末與氟碳涂料的稀釋劑之比為1∶5)，然后將被稀釋劑稀釋的油酸包覆納米二氧化鈦粉末倒入氟碳涂料中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)高速攪拌50～70分鐘，使其充分分散，混合均勻，即成。
使用本發(fā)明之納米二氧化鈦改性涂料涂敷鋁合金型材和板材工藝包括以下步驟(1)上線；(2)涂底漆；(3)流平；(4)涂面漆；(5)流平；(6)烘干，烘烤溫度230-242℃，且應(yīng)保證有5min的板溫為232℃的恒定時(shí)間段；(7)強(qiáng)冷，下線。
使用本發(fā)明之納米二氧化鈦改性涂料涂敷鋁合金板材，宜采用以下所述前處理工藝(1)機(jī)械拋光 用砂輪機(jī)去除毛刺、氧化皮、粘附的托模劑，各種油污，減小表面的粗糙度，并水洗除渣物，同時(shí)，也使其表面平整；(2)除油 包括超聲波除油，溶劑除油和堿洗除油三個(gè)過程；①超聲波除油使用溶劑丙酮，溫度室溫，浸泡時(shí)間8-15min；②溶劑除油使用溶劑三氯乙烯溶劑，溫度50-70℃，浸泡時(shí)間5-12min；③堿洗除油使用溶液磷酸鈉20g·dm-3，碳酸氫鈉20g·dm-3，非離子表面活性劑5-10ml·L-1，溫度70-80℃，浸泡時(shí)間1-4min；(3)除銹、除氧化膜第一次酸洗使用溶液含7.0-8.0％(體積比)的硫酸，緩蝕劑烏洛托品(六次甲基四胺)0.5g·dm-3，溫度35-45℃，浸泡時(shí)間2-5min；第二次酸洗使用溶液含6-10％(體積比)硝酸，溫度20℃，浸泡時(shí)間4-6min；(4)干燥在190-210℃的空氣氣氛中進(jìn)行；(5)鈍化工藝使用溶液含鉻酸鈉2.5-3.5g·dm-3，三氧化鉻2.5-3.5g·dm-3，氟化鈉0.5-0.8g·dm-3；溫度室溫；浸泡時(shí)間3-5min；pH值3.5±0.2。本發(fā)明之鈍化工藝與現(xiàn)有鈍化工藝不同點(diǎn)就是需要確定溶液適當(dāng)?shù)膒H值。鉻酸和鉻酸鹽在化學(xué)氧化溶液中鋁離子含量增多，pH值上升超過定值，氧化膜的質(zhì)量會降低，必須及時(shí)部分或全部更換化學(xué)氧化溶液，并調(diào)整溶液的pH值，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)。鋁合金表面轉(zhuǎn)化層是表面鋁原子通過界面化學(xué)與介質(zhì)的陰離子或原子結(jié)合而生成一層與基體結(jié)合良好并具有一定防護(hù)性能的薄膜。表面轉(zhuǎn)化反應(yīng)不僅包括鋁基表面原子直接參加的反應(yīng)，還存在著一些伴生或二次反應(yīng)，因此較為復(fù)雜，表面形成一層以Al2O3·H2O和Cr2O3·H2O成分為主的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，該轉(zhuǎn)化膜具有較強(qiáng)的抗蝕性和提高鋁基與涂層結(jié)合的能力。
鋁合金幕墻板外表面暴露在大氣中，只須一面噴涂氟碳涂料，顏色由使用者根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)色板選擇確定，噴涂漆膜層數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品及客戶要求而定?？芍粐娨坏烂嫫?；可噴涂底漆、面漆兩道漆；也可噴底漆、面漆及罩光漆三道漆。噴的層數(shù)越多，漆膜的性能越好，使用壽命越長。若只噴一道漆，烘干后漆膜厚度應(yīng)在5-10μm；若噴兩道漆，烘干后其底漆厚度應(yīng)有20-25μm；若噴三道漆，烘干后其漆膜厚度應(yīng)在25-30μm之間。
建筑用氟樹脂涂料的涂敷方法有輥涂和靜電噴涂等。噴涂主要用于鋁型材和板材的涂敷，如鋁合金幕墻等；而輥涂則用于鋁塑復(fù)合板用鋁卷材的涂敷。其中，輥涂使用最廣。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)使用本發(fā)明之氟碳涂料涂裝后的鋁合金型材和板材具有良好的自清潔性能，耐沾污和耐洗刷性能，良好的耐候性、耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，不易褪色，防水防潮，適宜北方寒冷氣候及南方陰雨潮濕環(huán)境，不霉變，對酸、堿，鹽等多種化學(xué)物質(zhì)具有良好的防腐性，還具有質(zhì)量輕、防火、防震、隔聲、隔熱、色澤均勻、不開裂、不變形、不剝落、不褪色等特點(diǎn)。有利于節(jié)省大量的人力、物力，具有相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)效益。
采用本發(fā)明的鋁合金板材前處理工藝，通過化學(xué)反應(yīng)，在鋁材表面形成一層致密穩(wěn)定的無機(jī)氧化薄膜層，可以提高基材抗侵蝕能力和增強(qiáng)與涂裝層的結(jié)合能力。
采用本發(fā)明的工藝中使用的原料價(jià)格便宜，生產(chǎn)成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。
本發(fā)明的金屬涂敷工藝簡單，所需步驟少，易于控制，工藝穩(wěn)定，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明之改性氟碳涂料適用于需要長期保護(hù)的建筑物內(nèi)外墻裝飾，特別是高層建筑、辦公大樓、居民小區(qū)等外墻裝飾。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不得解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例1 納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備實(shí)施例①本實(shí)施例改性氟碳涂料配比，銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物(二者重量混合比為4∶1)∶氟碳涂料＝2∶100。所述銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物市場有銷售。
制備方法如下(1)油酸包覆銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物制備 取4g(氟碳涂料的2％)納米銳鈦礦型TiO2和金紅石型TiO2混合物粉末倒入50ml的去離子水中，然后滴加約2ml高氯酸，并加以攪拌，使水、粉混合均勻，調(diào)節(jié)其pH值為4，然后超聲波振動(dòng)30分鐘；停止超聲波振動(dòng)，在攪拌的同時(shí)向混合液內(nèi)先加入3ml油酸，再緩慢滴加氨水，同時(shí)快速攪拌，調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為8；加熱懸浮液至≥90℃，由于油酸不溶于水，粒子將聚集成塊，而水分慢慢蒸發(fā)，最終得到被油酸包覆的納米銳鈦礦型TiO2和金紅石型TiO2混合物粉末；(2)混料 將上述制備好的油酸包覆納米二氧化鈦粉末加入到20ml氟碳涂料的稀釋劑(氟碳涂料專用稀釋劑，主要由甲苯、丁酮、丙酮等組成)中，然后將其倒入200g氟碳涂料中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)高速攪拌60分鐘，使其充分分散，混合均勻，即成。
自清潔能力檢測在實(shí)施例1含納米二氧化鈦的改性氟碳涂料漆膜上涂上甲基紅的乙醇飽和溶液，在紫外燈下連續(xù)照射，三天后發(fā)現(xiàn)原來非常醒目的甲基紅溶液紅色幾乎褪去，然后繼續(xù)照射，顏色完全消失，說明光催化降解作用在初期就發(fā)生，而未含納米二氧化鈦的氟碳涂料漆膜的表面褪色功能不太明顯。含納米二氧化鈦的氟碳涂料涂層表面殘余的顏色在中等水流下可以完全洗凈，與照射前的氟碳涂料漆膜相比，色澤幾乎沒有差別，未含納米二氧化鈦的氟碳涂料漆膜略微褪色，但其表面在水流沖洗下，未能獲得與照射前的色澤一樣的漆膜。
其他性能檢測按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T9757-2001)，實(shí)驗(yàn)測定了兩種涂層的性能，不含二氧化鈦氟碳涂料和實(shí)施例1含納米二氧化鈦改性氟碳涂料形成的涂層的各項(xiàng)性能的測定結(jié)果對照見表1所示。由表中可以看出，加入納米二氧化鈦的氟碳涂料，除光澤度略微降低外，其硬度、附著力、耐水和耐沸水性能、耐酸和耐堿性能及其耐老化性能均未變，而其耐洗刷性能比未添加納米二氧化鈦的氟碳涂料兩者性能有明顯的提高。
表1 實(shí)施例1涂料與未添加納米TiO2的氟碳涂料的涂層性能對照

耐沾污性能檢測本實(shí)驗(yàn)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9757-2001的標(biāo)準(zhǔn)測定了涂料的耐沾污性能。
本方法采用粉煤灰作為污染介質(zhì)，將其與水摻合在一起涂刷在涂層樣板上。干后用水沖洗，經(jīng)規(guī)定的循環(huán)后，測定涂層反射系數(shù)的下降率，以此表示涂層的耐沾污性。
實(shí)驗(yàn)材料與儀器粉煤灰，C84-II型反射率測定儀，天平，軟毛刷，沖洗裝置，燒杯。
粉煤灰水的配制用天平稱取100g粉煤灰，量取100ml水，放入250ml燒杯中攪拌均勻。
實(shí)驗(yàn)步驟用軟毛刷將配制好的粉煤灰按橫向和豎向各兩次均勻涂刷在試板涂層表面，然后自然干燥2h，然后用沖洗裝置水箱中的15L水沖洗粉煤灰涂層1min。試板離出水口20cm，板面與水柱成45°角。沖洗時(shí)均勻移動(dòng)試板，使試板的各個(gè)部位都能經(jīng)過落水點(diǎn)。沖洗完畢后，干燥4h，此為一個(gè)循環(huán)。
計(jì)算方法涂層的耐沾污性用玷污率x來表示，按下式計(jì)算x=A-BA×100]]>
其中，x—涂層的沾污率，％；A—涂層的原始反射系數(shù)值，％；B—涂層經(jīng)沾污試驗(yàn)后的反射系數(shù)值，％。
結(jié)果取試板的平均值，精確值1％，單個(gè)值與平均值之誤差應(yīng)不大于10％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2 實(shí)施例1與未添加納米TiO2的氟碳涂料漆膜表面的沾污率

由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，添加納米TiO2后的實(shí)施例1氟碳涂料表面的沾污率遠(yuǎn)低于沒有添加納米TiO2的氟碳涂料表面的沾污率，由此可見，添加納米TiO2的氟碳涂料的耐沾污性能有了很大提高。
實(shí)施例2 納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備實(shí)施例②本實(shí)施例改性氟碳涂料配比，銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物(二者之比為4∶1)∶氟碳涂料＝3∶100。
制備方法如下(1)油酸包覆銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物制備 取銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物粉末6g倒入約75ml的去離子水中，然后滴加3ml高氯酸，并加以攪拌，使水、粉混合均勻，調(diào)節(jié)其pH值為4，然后超聲波振動(dòng)35分鐘；再一邊攪拌一邊同時(shí)向混合液中加入6ml的油酸，再緩慢滴加氨水，同時(shí)快速攪拌，調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為8.5；加熱懸浮液至＞90℃，使水分慢慢蒸發(fā)，得到被油酸包覆的納米二氧化鈦粉末；(2)混料 將上述制備好的油酸包覆納米二氧化鈦粉末加入到氟碳涂料的專用稀釋劑中(油酸包覆納米二氧化鈦粉末與氟碳涂料的專用稀釋劑之比為1∶5)，然后將被稀釋劑稀釋的油酸包覆納米二氧化鈦粉末倒入200g氟碳涂料中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)高速攪拌70分鐘，使其充分分散，混合均勻。
本實(shí)施例改性氟碳涂料性能與實(shí)施例1之改性氟碳涂料基本相同。
實(shí)施例3 鋁合金板材前處理工藝實(shí)施例(1)機(jī)械拋光 用砂輪機(jī)去除毛刺、氧化皮、粘附的托模劑，各種油污，減小表面的粗糙度，并水洗除渣物；(2)除油 ①超聲波除油 溶劑丙酮，溫度室溫，浸泡時(shí)間10min；②溶劑除油 使用溶劑三氯乙烯溶劑，溫度60℃，浸泡時(shí)間8min；③堿洗除油 使用溶液含磷酸鈉20g·dm-3，碳酸氫鈉20g·dm-3，非離子表面活性劑8ml·L-1，溫度60℃，浸泡時(shí)間3min；(3)除銹、除氧化膜第一次酸洗使用溶液含7.5％(體積比)的硫酸，緩蝕劑烏洛托品(六次甲基四胺)0.5g·dm-3，溫度40℃，浸泡時(shí)間3min；第二次酸洗使用溶液含8％(體積比)硝酸，溫度20℃，浸泡時(shí)間5min；(4)干燥在200℃的空氣氣氛中進(jìn)行；(5)鈍化工藝使用溶液含鉻酸鈉3.0g·dm-3，三氧化鉻3.0g·dm-3，氟化鈉0.6g·dm-3，溫度室溫；浸泡時(shí)間4min；pH值3.5。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化鈦改性氟碳涂料，其特征在于，銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物與氟碳涂料的重量配比為1-4∶100；所述銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物中，銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2二者重量配比為4∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦改性氟碳涂料，其特征在于，所述銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物與氟碳涂料的重量配比為2-3∶100。
3.如權(quán)利要求1或2所述的納米二氧化鈦改性氟碳涂料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)油酸包覆銳鈦礦型納米TiO2和金紅石型納米TiO2混合物制備 取預(yù)定重量配比的納米銳鈦礦型TiO2和金紅石型TiO2混合物粉末倒入10-15倍重量的去離子水中，然后滴加高氯酸，并加以攪拌，使水、粉混合均勻，調(diào)節(jié)其pH值為3～5，然后超聲波振動(dòng)20-40分鐘；再一邊攪拌一邊同時(shí)向混合液中加入相當(dāng)于所加高氯酸1.5-2.5倍的油酸，再緩慢滴加氨水，加入的同時(shí)快速攪拌，調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為7.5-9.0；加熱懸浮液至＞90℃，使水分逐步蒸發(fā)，得到被油酸包覆的納米二氧化鈦粉末；(2)混料 將上述制備好的油酸包覆納米二氧化鈦粉末按照1∶5的重量比加入到氟碳涂料的稀釋劑中，然后將被稀釋劑稀釋的油酸包覆納米二氧化鈦粉末倒入氟碳涂料中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)高速攪拌50-70分鐘，使其混合均勻，充分分散，即成。
4.應(yīng)用如權(quán)利要求1或2所述的納米二氧化鈦改性氟碳涂料涂敷鋁合金板材的前處理工藝，包括以下步驟(1)機(jī)械拋光 用砂輪機(jī)去除毛刺、氧化皮、粘附的托模劑，各種油污，減小表面的粗糙度，并水洗除渣物，同時(shí)，也使其表面平整；(2)除油 包括超聲波除油，溶劑除油和堿洗除油三個(gè)過程；①超聲波除油使用溶劑丙酮，溫度室溫，浸泡時(shí)間8-15min；②溶劑除油使用溶劑三氯乙烯溶劑，溫度50-70℃，浸泡時(shí)間5-12min；③堿洗除油使用溶液磷酸鈉20g·dm-3，碳酸氫鈉20g·dm-3，非離子表面活性劑5-10ml·L-1，溫度70-80℃，浸泡時(shí)間1-4min；(3)除銹、除氧化膜第一次酸洗使用溶液含7.0-8.0％(體積比)的硫酸，緩蝕劑烏洛托品(六次甲基四胺)0.5g·dm-3，溫度35-45℃，浸泡時(shí)間2-5min；第二次酸洗使用溶液含6％-10％(體積比)硝酸，溫度20℃，浸泡時(shí)間4-6min；(4)干燥在190℃-210℃的空氣氣氛中進(jìn)行；(5)鈍化工藝使用溶液含鉻酸鈉2.5-3.5g·dm-3，三氧化鉻2.5-3.5g·dm-3，氟化鈉0.5-0.8g·dm-3；溫度室溫；浸泡時(shí)間3-5min；pH值3.5±0.2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備工藝與應(yīng)用，該涂料是將銳鈦礦型納米TiO
文檔編號C09D127/12GK1817978SQ20061003135
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者余剛, 胡波年, 楊景花 申請人:湖南大學(xué)