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水性陶瓷涂料特点及应用前景

来源:北京红狮漆业有限公司 作者:黄之祥,王超,宋昆仑 时间:2014-11-04 点击:
导读:概述了水性陶瓷涂料的发展状况,化学反应基本原理,产品突出的性能特点,节能、环保优势,取代高温氟碳涂料和搪瓷钢板的可能性,产品应用及市场推广前景。
1 陶瓷涂料国内外发展概况
陶瓷涂料涂膜的主要成分与陶瓷釉料很相似,多为金属氧化物或非金属氧化物、氮化物及少量多烷氧基有机硅烷组成的无机-有机复合涂层。涂料为双组分包装,使用前须经配料、混合、熟化,经喷涂施工、高温烘烤,形成高硬度瓷釉般的涂膜。
材料的物理、化学性能与陶瓷相像,故称之为“陶瓷涂料”。陶瓷涂料起源于20世纪60年代的溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术,奠定了陶瓷涂料的理论基础。1971年,H.Dislich用溶胶-凝胶法以金属醇盐为前驱体开拓性地获得陶瓷氧化物材料,引起材料工业的一大飞跃。现在,此方法已在世界各地广泛发展,先后用此法合成出了多种功能陶瓷氧化物涂层、超细粉体材料、玻璃材料、光导纤维、玻璃旋涂材料、浸涂材料等,金属醇盐得到了广泛的应用。
1.1 国外发展状况
早期发现美国、日本、韩国有一些陶瓷涂料方面的研究、报道,但在其国内市场未见到相关产品。例如:美国TRITON SYSTEMS公司开发出用于玻璃的透明耐磨纳米陶瓷涂料[1];美国FREECOM公司开发的CERAM-KOTE54陶瓷涂料;韩国专利:S.(Kim.Johng Ha等)—2000.2.15—9831088,可用于铝合金、镀锌板的“金属表面用无机涂料的制备、工艺和用途”[2],韩国KFCC陶瓷涂料可用于建筑铝合金金属幕墙及地铁车辆内装涂层,具有很好的抗划、耐高温、防火功能。
1.2 国内发展动态
自20世纪90年代以来,我国从事涂料研发的一些单位,开始注重采用溶胶-凝胶技术研发无机-有机复合涂料、纳米超导粉体材料、高温耐蚀涂料等。水性陶瓷涂料亦属于无机-有机复合涂料中的一种。例如:以珠海旭光化工有限公司开发的“铝幕墙陶瓷涂料”、苏州纳迪微电子有限公司开发的“ND-HCS耐高温透明纳米陶瓷涂料”、上海金力泰化工有限公司开发的“KNT-陶瓷涂料”、北京红狮漆业有限公司开发的“水性纳米陶瓷涂料”等为代表性的陶瓷涂料产品。
 
2 陶瓷涂料化学反应基本原理
2.1 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)化学反应机理
Sol-Gel化学反应通常包括烷氧基金属(或元素)化合物[M(OR)x,M=Si(硅)、Ti(钛)、Zr(锆)、Al(铝)、Mo(钼)、V(钒)、Ce(铈)等]的水解物及水解物羟基之间的低聚缩合物,是制备Sol-Gel溶胶中常用的几大类前驱体,其化学反应表达式如式(1)、式(2)。水解反应[3]:
M(OR)x+H2O→M(OR)x-1(OH)+ROH (1)
多烷氧基化合物 水 带羟基的水解物 醇缩合反应:
2M(OR)x-1(OH)→(OR)x-1MOM(OR)x-1+ H2O (2)
部分水解产物  水性纳米缩合产物   水
2.2 反应过程
溶胶阶段(水解、熟化):各组分以小分子形式分散,所以获得的杂化材料通常是纳米复合材料,具有其他传统复合材料所不具备的性质;有机组分多烷氧基硅烷通过水解、缩聚以共价键和配位键接于无机网络中,而不是简单的物理混合。
2.3 交联固化成膜机理
烘烤固化阶段(达到完全凝胶):组分中发生硅醇羟基间的交联、硅醇与烷氧基之间的交联、硅醇与基材表面羟基之间的交联、硅醇与颜填料表面羟基的交联,以及分子间的配位键结合,最终形成陶瓷般的坚硬涂层(如图1中第三类)。
有机无机杂化材料模型
3 陶瓷涂料的主要性能特点
陶瓷涂料属于用水稀释的水性涂料,环保、低毒。其性能表现突出,具有高硬度:达4H~6H;高耐磨:抗划痕性良好;高耐温:不燃,耐温400 ℃(经火焰直接喷射试验,涂层完整保留,附着力良好,见图2);高耐候性:QUV老化试验4 000 h;高耐腐蚀:能耐受酸、碱、盐、溶剂介质腐蚀。
火焰直接喷射试验
陶瓷涂料的涂层性能与PVDF高温氟碳涂料都执行GB/T 23443—2009《建筑装饰用铝单板》国标,盐雾、湿热、老化都为4 000 h。而陶瓷涂料的硬度、耐高温性大大优于高温氟碳涂料。陶瓷涂层按GB/T23443—2009《建筑装饰用铝单板》国家标准中性能要求检测的实测数据见图3[4]。陶瓷涂料的产品标准,中国涂料工业协会已立项正在组织参编单位制定中。
陶瓷涂料的产品标准
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