一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法技术

本发明专利技术为一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法。该方法包括如下步骤：步骤(1)：将PVDF和去离子水混合后加入丙烯酸酯共聚单体得到PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳；步骤(2)：将所得胶乳涂覆到基材上，在室温下干燥12‑72小时，得到水性涂层。所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾‑亚硫酸氢钠或过硫酸铵‑亚硫酸氢钠。所述的基材为玻璃板、马口铁、钢板、石材、木材、纤维或塑料。本发明专利技术工艺简单易行、成本低、安全环保且易于规模化生产。

A preparation method of waterborne weather resistant polyvinylidene fluoride composite coating

【技术实现步骤摘要】
一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法
本专利技术属于水性涂层领域，具体为一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法。
技术介绍
：传统溶剂型涂料在其制造和使用过程中含有大量的有机挥发物(简称VOC),给环境带来了严重的污染,对人体造成了极大的损害。随着人们环保意识的强化,开发低VOC环保型的水性涂料成为当务之急。水性氟碳涂料具有超耐候性、耐污性等优异的性能,在水性涂料中具有良好的市场潜力。聚偏氟乙烯(PVDF)树脂就是这样一种氟树脂，美国佛罗里达州多年的户外曝晒数据证明了其具有极其优异的耐热、耐紫外光、耐污、耐候和光化学稳定性。但是，PVDF树脂与其他氟树脂相似，结晶度高，存在难溶、难熔和不粘等特点，与基材粘结力较差。传统溶剂型PVDF涂料一方面在制备时需要使用大量的有机溶剂，另一方面需要高温烘烤才能成膜，只能用于金属基材；在配制涂料时，PVDF树脂的惰性往往导致颜料或填料分散困难，使其在加工和应用中受到很大的限制。专利技术人曾对PVDF进行了一定的改性研究(CN102432764A)，利用PVDF与一种单体进行种子乳液聚合，合成了核壳型互穿网络结构复合粒子，改善了PVDF的熔融加工性能，但是所用的聚合单体种类单一，且制备的乳液不能在常温下成膜，更不能用作涂层。因此，有必要通过对PVDF进一步的改性研究，制备低温固化、水性化、基材多样化的PVDF涂料。
技术实现思路
：本专利技术是针对当前PVDF树脂难以低温成膜，且与基材结合力弱，有机溶剂污染环境等问题，提供了一种以PVDF为种子，以两类混合丙烯酸酯共聚单体(一类单体与PVDF相容，另一类不容)对其进行溶胀，通过自由基共聚和使PVDF完全被多元丙烯酸酯共聚物包覆，最终实现复合胶乳的常温成膜，从而获得附着力、耐候性均优异的水性涂层的方法。本专利技术工艺简单易行、成本低、安全环保且易于规模化生产。本专利技术的技术方案为：一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法，包括如下步骤：物料组成和配比如下：步骤(1)：按照以上原料配比，将PVDF和去离子水混合超声0.5-1小时，再在氮气保护下加入丙烯酸酯共聚单体，搅拌下溶胀0.5-2小时，之后将体系升温至60-90℃，待温度到达后，加入引发剂，反应1-10小时，得到PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳；其中，引发剂的加入量为丙烯酸酯共聚单体量的0.5％-2％；步骤(2)：将所得胶乳涂覆到基材上，在室温下干燥12-72小时，得到水性涂层；涂覆厚度为20-300μm；所述的丙烯酸酯共聚单体包括物质A和物质B；其中，物质A为甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)中的一种或两种；物质B为甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、丙烯酸2-乙基己酯(2-EHA)中的一种或多种。所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠或过硫酸铵-亚硫酸氢钠。所述的基材为玻璃板、马口铁、钢板、石材、木材、纤维或塑料。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术只用水为反应介质，工艺简单易行，安全环保，易于规模化生产；(2)本专利技术利用丙烯酸树脂对PVDF进行改性，成本较低，乳液可在室温下成膜；(3)本专利技术制备的涂层具有对多种基材良好的附着力；(4)本专利技术制备的涂层具有超强的耐候性能。本专利技术制备的水性涂层具有多方面的优异性能，例如实施例5中的涂层：可在室温下成膜；硬度为2H，可以抵抗一定的破坏；对玻璃基材的附着力优异，经过划格法测试后的涂层无剥落，附着力达到最佳5B；涂层的光泽度在紫外线照射前后几乎没有变化，光泽度损失率为1.79％，说明涂层的耐紫外性能优异。附图说明：图1为实施例1所制备的复合粒子的粒径分布直方图。图2为实施例1所制备的复合粒子的扫描电子显微镜照片。图3为实施例2所制备的复合粒子的粒径分布直方图。图4为实施例2所制备的复合涂层的扫描电子显微镜照片。图5为实施例5所制备的复合涂层的附着力测试图片。图6为实施例6所制备的复合涂层的附着力测试图片。图7为实施例7所制备的复合涂层的X射线光电子能谱图。具体实施方式：为了使本专利技术的技术目的、技术方案以及技术效果更加清楚，以便本领域技术人员理解和实施，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。实施例1(1)PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳的制备将1gPVDF和30g去离子水混合超声0.5小时，再在氮气保护下加入1.5gMMA、2.5gHEA并设置搅拌速度为300r/min，在25℃下溶胀0.5小时，之后将体系升温至70℃，待温度到达后，加入引发剂过硫酸钾0.024g，反应3小时，得到均一稳定的PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳。用动态光散射法测定复合乳胶粒子的粒径分布，得到了复合粒子的粒径分布直方图如图1。由图1可见，复合粒子平均粒径(APD)为293.9nm，粒径分布指数(PDI)为0.047，说明复合粒子粒径分布十分均一。对复合粒子进行了扫描电子显微镜(SEM)测试，得到了复合粒子的微观形貌如图2。由图2可见，获得的复合粒子大小均一且呈现近似球形的形态。(2)水性PVDF/聚丙烯酸酯复合涂层的制备用100μm的湿膜制备器将2ml的胶乳涂覆在乙醇处理过的玻璃板(2.5*7.5cm)上面，室温干燥24h，即可得到连续均一的涂层。实施例2(1)PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳的制备将1gPVDF和35g去离子水混合超声1小时，再在氮气保护下加入1gEMA、1g2-EHA、0.5gGMA、0.5gEA并设置搅拌速度为250r/min，在25℃下溶胀2小时，之后将体系升温至75℃，待温度到达后，加入引发剂过硫酸铵0.021g，反应3小时，得到均一稳定的PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳。用动态光散射法测定复合乳胶粒子的粒径分布，得到了复合粒子的粒径分布直方图如图3。由图3可见，复合粒子APD为329.1nm，PDI为0.038，说明复合粒子粒径分布十分均一。(2)水性PVDF/聚丙烯酸酯复合涂层的制备用50μm的湿膜制备器将1.5ml的胶乳涂覆在乙醇处理过的玻璃板(2.5*7.5cm)上面，室温干燥72h，即可得到连续均一的涂层。对该涂层进行了SEM测试，得到了复合涂层的微观形貌如图4。由图4可见，获得的复合涂层具有十分均一的结构，PVDF作为分散相被包埋在聚丙烯酸酯连续相中，因此涂层获得了良好的成膜性。实施例3实施案例3中用过硫酸钾-亚硫酸氢钠引发剂代替实施案例1中的过硫酸钾引发剂,其余操作与实施案例1相同。实施例4实施案例4中用过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂代替实施案例2中的过硫酸铵引发剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：/n物料组成和配比如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种水性耐候聚偏氟乙烯复合物涂层的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
物料组成和配比如下：



步骤(1)：按照以上原料配比，将PVDF和去离子水混合超声0.5-1小时，再在氮气保护下加入丙烯酸酯共聚单体，搅拌下溶胀0.5-2小时，之后将体系升温至60-90℃，待温度到达后，加入引发剂，反应1-10小时，得到PVDF/聚丙烯酸酯复合胶乳；
其中，引发剂的加入量为丙烯酸酯共聚单体量的0.5％-2％；
步骤(2)：将所得胶乳涂覆到基材上，在室温下干燥12-72小时，得到水性涂层；涂覆厚度为20-300μm；
所述的丙烯酸酯共聚单体包括物质A和物质B；其中，物质A为...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明旺，姜元，袁金凤，张广林，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12