一种耐热防锈氧化铝涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种耐热防锈氧化铝涂料及其制备方法 (Heat-resistant antirust aluminum oxide coating and preparation method thereof ) 是由 李应龙 郑兴华 郁立新 朱敏凡 张鑫 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐热防锈氧化铝涂料及其制备方法,所述涂料由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、丙烯酸树脂、超细α-氧化铝、消泡剂、流平剂、分散剂、体质颜料、着色颜料及溶剂组成；本发明使用吸热基团少的高分子聚合物PVB和丙烯酸树脂作为主要成膜物质,提高耐热效果,在具有二者共同优异特性的同时提高了PVB的成膜硬度以及附着力,改善了丙烯酸树脂均匀性不佳的问题；此外,加入分散性好、性质稳定的超细α-氧化铝,进一步提高了涂料的耐热、耐腐蚀以及强度等性能,通过各组分之间的协同作用,使得本发明涂料具有优异的耐热、防锈、吸附性好等优异性能,在金属防护以及外墙装饰等方面具有良好的应用前景。(The invention discloses a heat-resistant antirust alumina coating and a preparation method thereof, wherein the coating consists of polyvinyl butyral (PVB), acrylic resin, superfine alpha-alumina, a defoaming agent, a leveling agent, a dispersing agent, an extender pigment, a coloring pigment and a solvent; according to the invention, the high molecular polymer PVB with few heat-absorbing groups and the acrylic resin are used as main film forming substances, so that the heat-resistant effect is improved, the excellent characteristics of the PVB and the acrylic resin are achieved, the film forming hardness and the adhesive force of the PVB are improved, and the problem of poor uniformity of the acrylic resin is solved; in addition, the superfine alpha-alumina with good dispersibility and stable property is added, so that the heat resistance, corrosion resistance, strength and other properties of the coating are further improved, and the coating has excellent heat resistance, rust resistance, good adsorbability and other excellent properties through the synergistic effect of the components, and has good application prospects in the aspects of metal protection, exterior wall decoration and the like.)
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种耐热防锈氧化铝涂料及其制备方法。
背景技术
涂料指涂布于物体表面在一定条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能的一类液体或固体材料，通常由成膜物质、颜料、溶剂及添加剂组成，主要起到保护、装饰、掩饰产品的缺陷和其它特殊作用以及提升产品价值的作用，例如作为金属表面保护涂层以防止金属被氧化或腐蚀，或作为外墙涂料起到防水装饰等作用。
目前市面上的涂料存在强度、硬度、韧性、耐腐蚀、抗老化、耐热以及高强度作业下的抗刮伤性能较差等问题，例如传统硝化纤维素涂料的耐溶剂性、耐热性以及耐腐蚀性均较差，且其粘度会受温度影响而产生较大变化，在低温时难以涂覆；此外，聚胺基甲酸酯树脂涂料是一种以氨基甲酸酯为主剂与异氢酸盐形成的二液型涂料，需在使用前按比例调和，调和后的涂料难以存放，且这种涂料附着力较差，具有一定的毒性，在使用时需注意排气等问题，另外在高温涂覆或厚涂时易发生针孔现象；上述涂料均难以用于长期暴露在潮湿、高温以及具有腐蚀等因素存在的环境下的金属或墙体的保护层。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种耐热防锈且抗刮的氧化铝涂料及其制备方法，使用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)及丙烯酸树脂作为成膜物质，在同时具有两种材料的优点同时弥补了单一组分的不足，使漆膜的成膜硬度增加、附着力增加且不易干裂，具有较好的防水、耐腐蚀、耐寒性以及抗刮等特性，将陶瓷化处理过的氧化铝作为涂料的填料，进一步提高了涂料的硬度、耐磨性以及耐热性，此外，通过对制备工艺的改进，使得各组分充分地混合均匀，得到不易沉降、易涂覆的抗刮、防水、耐热、耐腐蚀的涂料。
本发明提供了如下所述的技术方案：
本发明第一方面提供了一种耐热防锈氧化铝涂料，包含按重量份计算的以下组分：10～25份的聚乙烯醇缩丁醛、5～20份的丙烯酸树脂、10～20份的α-氧化铝、0.005～0.01的消泡剂、1～2份的流平剂、0.05～0.1的分散剂、7～18份的体质颜料以及50～70份的溶剂；所述体质颜料包含云母粉、碳酸钙、滑石粉及高岭土。
进一步地，按重量份计算，所述涂料还包含5～15份的着色颜料。
进一步地，所述7～18份的体质颜料包含1～3份的云母粉、2～5份的碳酸钙、1～5份的滑石粉及3～5份的高岭土。
体质颜料的耐候性、耐磨性良好，且密度小、悬浮力好，在涂料中可以防止密度较大的颜料沉底，可以增加漆膜的厚度，加强漆膜的硬度和耐磨性，对漆膜的平润性和老化程度有一定改善作用。
进一步地，所述α-氧化铝的粒径为10～100nm。
α-氧化铝是所有氧化铝中最稳定的物相，其粒度分布均匀、纯度高、分散性好，且具有防腐、防锈、绝缘、耐高温、耐老化、耐磨伤等特点，作为填料用于涂料中，能在漆膜表面形成一层非常细密、均匀且坚硬的网状结构，保护下面的聚合物漆层不受损坏，大幅度提高涂料的耐划伤性以及增强涂料的导热性、耐腐蚀性、耐高温性、稳定性等。
进一步地，所述消泡剂优选为硅油。
进一步地，所述流平剂优选为丙烯酸酯类流平剂，例如MONENG-1153。
进一步地，所述分散剂三乙基己基磷酸和/或聚丙烯酰胺。
进一步地，所述溶剂为乙醇和丁醇的混合溶剂；所述乙醇与丁醇的体积比为0.5～3:1。
通过加入消泡剂降低液相的表面张力，防止泡沫的形成，是漆膜表面具有较高的平整度、致密度，避免由于气泡的产生和破灭而产生针眼，影响漆膜的美观及性能。
由于丙烯酸树脂易出现成膜不均匀、易干裂的问题，采用丙烯酸酯类流平剂进一步改善涂料在基底上的附着力和平整性。
在涂料中加入三乙基己基磷酸可增强各物质在涂料中混合效果，聚丙烯酰胺的加入可防止颜料等颗粒物质发生沉降或重流。
通过涂料中溶剂蒸发得到干硬漆膜的成膜形式，溶剂的选择极其重要，溶剂若挥发太快，浓度快速升高，表面的涂料会因为粘附过高而失去流动性，导致漆膜不平整，若溶剂挥发太慢，容易出现重流现象，且内部难以干透，再次涂覆容易出现裂纹等问题。采用成膜物质的良溶剂的醇类溶剂，使用高沸点的丁醇和低沸点的乙醇调节涂料挥干的速率，使得涂料在适宜的干燥速率下成膜，不影响漆膜性能，且有利于漆料的保存；此外，使用的乙醇和丁醇均属于第三类溶剂，对人体和环境的危害小。
本发明第二方面提供了第一方面所述的一种耐热防锈氧化铝涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将充分研磨后的氧化铝进行加热处理；
(2)将丙烯酸树脂加入溶剂中，搅拌溶解，再加入聚乙烯醇缩丁醛继续搅拌，得到混合物；
(3)向上述混合物中加入步骤(1)处理后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高岭土及钛白粉，进行第一阶段搅拌，搅拌过程中间断性加入消泡剂、流平剂及分散剂，加完后进行第二阶段搅拌，得到混合均匀的涂料，封装待用。
进一步地，步骤(1)中，所述加热处理的温度为1200～1600℃。
进一步地，步骤(1)中，所述加热处理的时间为2-3h。
进一步地，步骤(2)中，所述搅拌溶解的转速为200～300r/min，搅拌的时间为15～20min；所述继续搅拌的转速为600～1000r/min，搅拌的时间为1～1.5h。
进一步地，步骤(3)中，所述第一阶段搅拌的转速为200～400r/min，搅拌时间为10～20min；所述第二阶段搅拌的转速为600～1000r/min，搅拌的时间为2～3h。
前期采用低速混合以防止前期转速太快导致PVB团聚成块；后期提高转速使填料能够更好的均匀分散。
步骤(3)中，将消泡剂、流平剂及分散剂在搅拌过程中间断性加入，使各种粉料以及助剂能够更好的均匀分散在涂料中。
本发明第三方面提供了第一方面所述的一种耐热防锈氧化铝涂料在金属防护和外墙装饰方面的应用。
进一步地，所述耐热防锈氧化铝涂料由第二方面所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过对涂料配方以及制备工艺上的改进，将含吸热基团少的PVB、丙烯酸树脂共同作为成膜物质，提高漆膜的耐热性，在具有二者优异特性的同时提高了涂料对基底的附着力，改善成膜的均匀性和收缩性；此外，添加陶瓷化处理过的超细α-氧化铝，进一步提高漆膜的硬度、耐磨性、耐热性以及耐酸碱腐蚀性；通过在制备工艺中控制各助剂加入的方式和搅拌速率，使各粉料以及助剂可以更好的分散混合，使各组分发挥最大效果的同时产生协同作用，制备得到一种不易沉降、易涂覆的抗刮、防水、耐热、耐腐蚀的涂料。
附图说明
图1为未涂涂料的金属试样在盐雾试验箱中放置48h后的图片；
图2为涂有涂料的金属试样在盐雾试验箱中放置48h后的图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例的一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含10份PVB、5份丙烯酸树脂、10份氧化铝、0.005份硅油、1份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.025份三乙基己基磷酸、0.025份聚丙烯酰胺、1份云母粉、3份碳酸钙、1份滑石粉、3份高岭土、5份钛白粉以及50份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理2h。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在200r/min的转速下搅拌15min，然后加入PVB在600r/min的转速下继续搅拌1h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在200r/min的转速下搅拌10min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在800r/min的转速下搅拌2h，得到涂料，将涂料封装后待用。
实施例2
本实施例的一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含20份PVB、20份丙烯酸树脂、20份氧化铝、0.01份硅油、2份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.05份三乙基己基磷酸、0.05份聚丙烯酰胺、3份云母粉、5份碳酸钙、5份滑石粉、5份高岭土、15份钛白粉及70份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理3h。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在300r/min的转速下搅拌20min，然后加入PVB在800r/min的转速下继续搅拌1.5h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在300r/min的转速下搅拌20min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在1000r/min的转速下搅拌3h，得到涂料，将涂料封装后待用。
实施例3
本实施例的一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含15份PVB、10份丙烯酸树脂、15份氧化铝、0.01份硅油、2份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.05份三乙基己基磷酸、0.05份聚丙烯酰胺、1份云母粉、3份碳酸钙、1份滑石粉、3份高岭土、5份钛白粉及60份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理2h。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在300r/min的转速下搅拌15min，然后加入PVB在600r/min的转速下继续搅拌1.5h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在300r/min的转速下搅拌15min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在600r/min的转速下搅拌3h，得到涂料，将涂料封装后待用。
实施例4
本实施例的一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含25份PVB、5份丙烯酸树脂、10份氧化铝、0.005份硅油、1份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.025份三乙基己基磷酸、0.025份聚丙烯酰胺、3份云母粉、5份碳酸钙、3份滑石粉、5份高岭土、10份钛白粉及70份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理2h。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在250r/min的转速下搅拌18min，然后加入PVB在800r/min的转速下继续搅拌1h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在250r/min的转速下搅拌15min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在800r/min的转速下搅拌2h，得到涂料，将涂料封装后待用。
实施例5
本实施例的一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含10份PVB、20份丙烯酸树脂、15份氧化铝、0.01份硅油、1份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.05份三乙基己基磷酸、0.05份聚丙烯酰胺、2份云母粉、4份碳酸钙、2份滑石粉、3份高岭土、10份钛白粉及60份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理2h。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在200r/min的转速下搅拌15min，然后加入PVB在600r/min的转速下继续搅拌1h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在400r/min的转速下搅拌10min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在1000r/min的转速下搅拌3h，得到涂料，将涂料封装后待用。
对比例1
对比实施例5，本对比例采用相同的物料以及重量份数，以不同的投料方式制备的一种涂料，其按重量份计包含10份PVB、20份丙烯酸树脂、15份氧化铝、0.01份硅油、1份丙烯酸流平剂MONENG-1153、0.05份三乙基己基磷酸、0.05份聚丙烯酰胺、2份云母粉、4份碳酸钙、2份滑石粉、3份高岭土、10份钛白粉及60份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)，通过下述制备方法制备得到：
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，然后置于马弗炉中与1200℃加热处理2h。
(2)将PVB、陶瓷化后的氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉一次性加入到反应釜中，再加入丙烯酸树脂。
(3)将乙醇与丁醇的混合试剂加入到搅拌釜中，启动搅拌器。
(4)在搅拌过程中，同时加入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，继续搅拌。
搅拌过程中，能够明显观察到大块颗粒，且经过长时间搅拌仍难以分散，通过加快搅拌速度及延长搅拌时间进行处理，仍可观察到团聚物，该现象表明物料投放的顺序以及加入的方式会对涂料的均匀性产生较大的影响。
对比例2
对比实施例1，本对比例减少PVB的投料量制备的一种耐热防腐氧化铝涂料，PVB加入的量降至5份，其他组份、计量及实验操作与实施例1保持一致，制备得到涂料。
对比例3
对比实施例3，本对比例减少氧化铝的投料量制备的一种耐热防腐氧化铝涂料，氧化铝加入的量降至5份，其他组份、计量及实验操作与实施例3保持一致，制备得到涂料。
对比例4
本对比例采用未进行陶瓷化处理的氧化铝制备一种耐热防腐氧化铝涂料，其按重量份计包含25份PVB、5份丙烯酸树脂、10份氧化铝、0.005份消泡剂、1份流平剂、0.05份分散剂、3份云母粉、碳酸钙5份、滑石粉3份、高岭土5份、10份着色颜料及70份溶剂(乙醇与丁醇的体积比为2:1)。
(1)将氧化铝在研钵中进行充分研磨，室温放置待用。
(2)将乙醇与丁醇的混合试剂以及丙烯酸树脂置于搅拌釜中，在250r/min的转速下搅拌18min，然后加入PVB在800r/min的转速下继续搅拌1.5h，得到混合物。
(3)向步骤(2)所得混合物中依次加入氧化铝、云母粉、碳酸钙、滑石粉、高领土以及钛白粉，在250r/min的转速下搅拌15min，搅拌过程中间断性滴入硅油、MONENG-1153、三乙基己基磷酸以及聚丙烯酰胺，滴加完后在800r/min的转速下搅拌2h，得到涂料，将涂料封装后待用。
对比例5
对比实施例2，本对比例仅加入一种成膜物质20份PVB不添加丙烯酸树脂，其他组份、计量及实验操作与实施例2保持一致，制备得到涂料。
对比例6
对比实施例2，本对比例仅加入一种成膜物质20份丙烯酸树脂不添加PVB，其他组份、计量及实验操作与实施例2保持一致，制备得到涂料。
性能研究
涂覆实验：
将实施例1、2、4以及对比例2、4、5、6在薄铝板上进行涂覆实验。
实施例1、2、4制备的涂料分别在铝板上易涂覆成膜，且将薄铝板的涂料经过一定的弯曲、折叠，试样板表面漆膜未出现裂纹；对比例2、4制备的涂料分别在铝板上涂覆成膜，将薄铝板与上述实施例进行相同程度的弯曲和折叠，表面的漆膜均出现明显裂纹；对比例5制备的涂料在铝板上涂覆成膜，干燥后的漆膜极易剥落；对比例6制备的涂料在铝板上涂覆成膜，干燥后的漆膜较软，碰撞后易被破坏，易损伤所涂覆的基材。
耐热实验：
1.选取相同材质的两块钢板，在其表面涂刷实施例5制备的涂料，得到样板1、2，将样板1放入烘箱，升温到200℃并保温120min，取出样板，空冷至常温，观察样板表面形貌。经过耐热实验处理后的样板1的表面仍然保持初始的平滑度，并未出现开裂现象，与未进行耐热实验的样板2的表面形貌基本无差别，这也表明本发明的涂料具有良好的耐温性。
2.选取相同材质的两块钢板，分别用实施例3与对比例3制备的涂料进行涂刷，得到样板1、2，将两块样板放入烘箱，升温到200℃并保温120min，取出样板，空冷至常温，观察样板表面形貌；结果显示，样板1(采用实施例3中制备的涂料涂覆)保持初始的平面光滑度，而样板2(采用对比例3中制备的涂料涂覆)在经过高温测试后，表面产生裂纹且样板发白，由此可知，减少涂料中氧化铝的加入量会降低漆膜的耐热性。
盐雾试验：
将未涂涂料的钢板和涂有涂料的钢板放置35℃的盐雾试验箱中，2h后将5％的氯化钠溶液向试验箱中喷雾，在盐雾中放置48h，测试结果如图1、2所示，未涂涂料的钢板表面被腐蚀生锈(如图1所示)，而图2中涂有涂料的钢板表面未产生锈迹。
建筑外墙底漆试验：
将实施例1～5的涂料按照GB/T210-2007《建筑内外墙用底漆》测试标准进行了测试，结果如下表1所示：
表1 各涂料性能测试数据表
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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