一種多聚物薄膜塗料及其製備方法與流程
2023-09-10 16:04:15
本發明涉及薄膜塗料技術領域，尤其涉及一種多聚物薄膜塗料及其製備方法。
背景技術：
無機納米粒子在塗料中可起到力學增強或者賦予塗料新功能的作用而受到廣泛關注。納米粒子的分散對於其功能的實現尤其重要，特別高透明性有機-無機納米複合塗層的製備。
二氧化釩在智能隔熱節能塗層方面有巨大的應用前景，但是由於其製備方法與工藝的限制，以及二氧化釩金屬相和半導體相在短波範圍內的強烈吸收，二氧化釩薄膜通常具有較低的光學透明，極大地限制了其實際應用。因此，二氧化釩膜的增透也逐漸成為研究熱點之一。
由於無機納米粒子的獨特性質，常常被用來作為增強相或者功能填料加入到有機塗料中，改善塗料傳統性能，賦予塗料特殊功能特性。目前，用於塗料的納米粒子主要有金屬氧化物(如TiCh、Si02、Sn02、ZnO等)、納米金屬粉末(如納米A1、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等)以及納米金屬鹽(如CaCO〕、BaS04)等。要充分發揮雜化塗層中無機粒子的功能，需要粒子的均勻良好分散，特別是對複合塗層的透明性有較高要求的時候；
市售無機粉體由於其製造工藝的原因，常常出現粒子之間較強的團聚，很難直接應用於製備複合塗層。在有機塗料領域，常常綜合應用各種物理和化學分散技術，對納米粉體進行改性和分散，並與有機樹脂進行複合製備納米複合塗膜。很難製備同時具備可見透明性和紅外阻隔強的複合膜；
二氧化釩具有熱致變色功能，通過摻雜降低相變溫度使其具備了實際應用的潛力。儘管目前已報導了很多二氧化釩以及摻雜二氧化釩粉體和薄膜的製備方法，但是距離其實際應用，仍有一段距離。首先，常用的製備工藝如磁控濺射、氣相沉積等設備昂貴、成本高，較難實現大面積塗飾;其次，傳統的製備方法由於其本身的局限性，製備的二氧化釩或者二氧化釩(W)薄膜的可見光區透明性較差，基本沒有實際應用的可能。儘管在增透方面做了很多嘗試，如摻雜、塗覆增透膜，但是透明性的提高仍然比較有限;再次，目前己有的報導基本上集中在二氧化釩或二氧化釩(W)純膜的製備，而很少涉獵有機塗料路線來製備二氧化釩熱致變色塗層。第四，關於二氧化釩粉體或者薄膜(包括複合膜)的穩定性的研究目前報導很少。因此，製備具有較高可見光區透明性的二氧化釩膜或者以二氧化釩為功能填料的複合塗膜，並考察其穩定性，具有重要的實際意義；
另一方面，納米粒子的分散和穩定技術巳較多地用於有機無機納米複合材料的製備，以達到其均勻的分散，充分實現其作為填充物的功能。通常的步驟是先通過物理化學分散技術製備無機粒子的納米分散液，然後在將分散液和有機樹脂複合。在有機塗料領域，第一步常利用球磨分散的方法(有分散劑存在條件下)對無機粉體粒子進行解團聚。在上述過程當中，納米粒子和分散介質之間的相容性以及納米粒子和有機樹脂之間的相容性可能會產生矛盾，如果接枝的有機分子和樹脂相容性不佳，在樹脂固化乾燥的過程中，可能會出現納米粒子和有機相之間的相分離，導致納米複合塗層透明性的下降。因此，本發明的目的就是製備分散性較高的納米粒子，加入到有機塗料中，起到增強的效果。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種多聚物薄膜塗料及其製備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種多聚物薄膜塗料，它是由下述重量份的原料組成的：
乙二醇單丁醚1-2、烷基化二苯胺1-2、氟化鈣2-3、碳酸氫銨4-5、水合硫酸氧釩1-1.5、二水合鎢酸鈉6-7、矽烷偶聯劑KH57020-30、甲基三乙氧基矽烷5-7、2-3%的氨水溶液60-70、氨丙基三乙氧基矽烷0.3-0.4、亞磷酸三壬基苯酯0.3-1、石油磺酸鈣2-4、聚乙烯醇3-4、聚丙烯醯胺0.6-1。
一種所述的多聚物薄膜塗料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述碳酸氫銨加入到其重量20-34倍的去離子水中，攪拌均勻，加入二水合鎢酸鈉，磁力分散2-3分鐘，得分散液；
（2）取上述聚丙烯醯胺，加入到其重量27-30倍的去離子水中，加入氟化鈣，在60-70℃下保溫攪拌7-10分鐘，得高分子溶液；
（3）取上述水合硫酸氧釩，加入到上述高分子溶液中，攪拌條件下滴加上述分散液，滴加完畢後磁力攪拌40-50分鐘，過濾，將沉澱用去離子水和無水乙醇依次洗滌2-3次，在40-50℃下真空乾燥100-120分鐘，送入加熱爐中，在氮氣氣氛下以10-12℃/min的升溫速度升高溫度至800-860℃，保溫加熱2.7-3小時，出料冷卻，得摻鎢二氧化釩粉體；
（4）將上述石油磺酸鈣、聚乙烯醇混合，送入80-90℃的水浴中，保溫攪拌10-14分鐘，出料冷卻，加入到混合料重量4-6倍的乙酸丁酯中，攪拌條件下加入乙二醇單丁醚，100-200轉/分攪拌4-6分鐘，得酯分散液；
（5）取上述矽烷偶聯劑KH570重量的70-80%，加入到其重量40-50倍的乙酸丁酯中，攪拌均勻，加入上述摻鎢二氧化釩粉體，超聲18-20分鐘，球磨6-8小時，將球磨液抽濾，用正辛烷洗滌濾餅2-3次，在40-45℃下真空乾燥100-120分鐘，冷卻，加入到其重量6-8倍的乙酸丁酯中，攪拌均勻，得納米分散液；
（6）取上述2-3%的氨水溶液，與其重量1-1.2倍的無水乙醇混合，攪拌均勻；
（7）將剩餘的矽烷偶聯劑KH570、甲基三乙氧基矽烷混合，磁力攪拌3-5分鐘，滴加上述氨水、乙醇的混合液，在86-90℃下保溫攪拌4-4.5小時，得矽氧烷預聚物；
（8）將上述納米分散液與酯分散液混合，攪拌均勻，加入到矽氧烷預聚物中，超聲17-20分鐘，加入剩餘各原料，攪拌均勻，即得。
本發明的優點是：使用方法：
將本發明的塗料用線棒在薄膜片上塗膜，室溫固化乾燥7-8天，即可。
本發明以水合硫酸氧釩和碳酸氫銨為原料，通過溶液反應製備前驅體、煅燒，獲得了二氧化釩以及摻W的二氧化釩粉體，通過二氧化釩(W)粉體球磨改性、離心製備納米分散液，加入到聚矽氧烷預聚物中，以氨丙基三乙氧基矽烷為固化劑，室溫下製備了聚矽氧烷/二氧化釩(W)納米複合塗膜，該納米複合塗膜的相變溫度接近室溫，硬度高，透明性好，近紅外調製能力較佳，非常適用於在役薄膜表面智能隔熱塗層的製備；
本發明製備的摻鎢的二氧化釩粉體具有可逆金屬-半導體相變特性導致的近紅外阻隔性能，而鎢的摻雜又可以降低二氧化釩的相變溫度，提高塗膜的熱制相變性能，然後通過在乙酸丁酯中高效的分散，使得其形成的塗膜具有很好的透明性，本發明採用矽烷偶聯劑KH570改性處理，將矽烷偶聯劑KH570分子接枝到摻鎢二氧化釩粉體顆粒上，有效的提高了改性粒子的疏水性，同時由於摻鎢的二氧化釩粉體具有很好的力學性能以及該粒子與聚矽氧烷的交聯作用，也進一步提高了塗膜的表面強度。本發明的塗料加入了多種聚合物，可以有效的提高納米粒子在塗料中的分散性，提高成品塗層表面的穩定性強度。
具體實施方式
一種多聚物薄膜塗料，它是由下述重量份的原料組成的：
乙二醇單丁醚1、烷基化二苯胺1、氟化鈣2、碳酸氫銨4、水合硫酸氧釩1、二水合鎢酸鈉6、矽烷偶聯劑KH57020、甲基三乙氧基矽烷5、2%的氨水溶液60、氨丙基三乙氧基矽烷0.3、亞磷酸三壬基苯酯0.3、石油磺酸鈣2、聚乙烯醇3、聚丙烯醯胺0.6。
一種所述的多聚物薄膜塗料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述碳酸氫銨加入到其重量20倍的去離子水中，攪拌均勻，加入二水合鎢酸鈉，磁力分散2分鐘，得分散液；
（2）取上述聚丙烯醯胺，加入到其重量27倍的去離子水中，加入氟化鈣，在60℃下保溫攪拌7分鐘，得高分子溶液；
（3）取上述水合硫酸氧釩，加入到上述高分子溶液中，攪拌條件下滴加上述分散液，滴加完畢後磁力攪拌40分鐘，過濾，將沉澱用去離子水和無水乙醇依次洗滌2次，在40℃下真空乾燥100分鐘，送入加熱爐中，在氮氣氣氛下以10℃/min的升溫速度升高溫度至800℃，保溫加熱2.7小時，出料冷卻，得摻鎢二氧化釩粉體；
（4）將上述石油磺酸鈣、聚乙烯醇混合，送入80℃的水浴中，保溫攪拌10分鐘，出料冷卻，加入到混合料重量4倍的乙酸丁酯中，攪拌條件下加入乙二醇單丁醚，100轉/分攪拌4分鐘，得酯分散液；
（5）取上述矽烷偶聯劑KH570重量的70%，加入到其重量40倍的乙酸丁酯中，攪拌均勻，加入上述摻鎢二氧化釩粉體，超聲18分鐘，球磨6小時，將球磨液抽濾，用正辛烷洗滌濾餅2次，在40℃下真空乾燥100分鐘，冷卻，加入到其重量6倍的乙酸丁酯中，攪拌均勻，得納米分散液；
（6）取上述2%的氨水溶液，與其重量1倍的無水乙醇混合，攪拌均勻；
（7）將剩餘的矽烷偶聯劑KH570、甲基三乙氧基矽烷混合，磁力攪拌3分鐘，滴加上述氨水、乙醇的混合液，在86℃下保溫攪拌4小時，得矽氧烷預聚物；
（8）將上述納米分散液與酯分散液混合，攪拌均勻，加入到矽氧烷預聚物中，超聲17分鐘，加入剩餘各原料，攪拌均勻，即得。
透明性：550 nm處的透過率仍然達到60%以上；
力學性能：硬度≥900MPa；
熱制相變性能：2500nm紅外調製幅度: 23.2%。