一種改性粒子修飾的生產(chǎn)超雙疏涂料的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超雙疏涂料的領(lǐng)域，具體涉及到一種改性粒子修飾的生產(chǎn)超雙疏涂料 的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超雙疏涂層因其疏水疏油的特性而在日常生活中和國(guó)民生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用 前景，尤其是由經(jīng)過表面處理的二氧化硅微納米粒子和含氟樹脂混合制備的環(huán)保型雙組份 超雙疏涂料，其自清潔、防腐蝕、防結(jié)冰結(jié)蠟、防粘附等作用使其在建筑建材、石油管道、玻 璃陶瓷、紡織皮革、電子產(chǎn)品、廚衛(wèi)用具等生活和生產(chǎn)方面有廣泛的應(yīng)用。
[0003] 近年來，很多研究人員和團(tuán)隊(duì)都對(duì)超雙疏涂料的生產(chǎn)進(jìn)行研究，并且取得不錯(cuò)的 研究成果。目前很多關(guān)于超雙疏涂料的研究都能得到國(guó)際的認(rèn)可，然而超雙疏涂料卻沒有 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，原因是關(guān)于超雙疏涂料的生產(chǎn)還存在一些基本的問題：①性能上： 超雙疏涂料投入使用時(shí)，易于與界面形成間隙，導(dǎo)致涂層氧化、脫落等問題，縮短其使用壽 命；超雙疏涂料的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，一般生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，導(dǎo)致其生 產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高昂；；||適應(yīng)性：使用電化學(xué)沉積法生產(chǎn)超雙疏涂層只適用于特定 的表面，使用范圍窄。
[0004] 為制備性能良好的超雙疏材料以及彌補(bǔ)上述的基本問題，本發(fā)明提出以SiOjj 納米粒子、多種丙烯酸單體（MMA、BA、HAMA)、全氟烷基乙醇、HDI三聚體為原料，并使用醋酸 丁酯、丙酮等多種溶劑及引發(fā)劑、稀釋劑等輔助劑；生產(chǎn)主要產(chǎn)品是純度多99. 7%的環(huán)保型 雙組份超雙疏材料，雜質(zhì)主要是少量異氰酸酯自聚物、未除盡的少量反應(yīng)單體，可忽略其影 響；該工藝也是為數(shù)極少且純度極高的環(huán)保型生產(chǎn)體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述【背景技術(shù)】的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一目的在于提出一種新型的、 工藝簡(jiǎn)單的超雙疏材料生產(chǎn)方式； 本實(shí)用型的第二目的在于提供納米改性含氟羥基丙烯酸樹脂和含氟PU預(yù)聚體通過交 聯(lián)反應(yīng)得到的含氟超雙疏涂料的制備方法； 本發(fā)明的第三目的在于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性； 本發(fā)明的第四目的在于提供上述超雙疏涂料的應(yīng)用； 本發(fā)明的目的主要通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006] 一種改性粒子修飾的生產(chǎn)超雙疏涂料的裝置，所述裝置包括超雙疏涂料組分A生 產(chǎn)系統(tǒng)和超雙疏涂料組分B生產(chǎn)系統(tǒng)；所述超雙疏涂料組分A生產(chǎn)系統(tǒng)包括第一子系統(tǒng)和 第二子系統(tǒng)； 所述第一子系統(tǒng)包括改性粒子高速分散機(jī)、改性粒子六釜并聯(lián)反應(yīng)裝置和旋液分離 器；所述第二子系統(tǒng)包括樹脂單體原料預(yù)混合器、含氟羥基丙烯酸樹脂六釜串聯(lián)反應(yīng)裝置 和樹脂溶劑預(yù)熱器；所述超雙疏涂料組分B生產(chǎn)系統(tǒng)包括含氟PU預(yù)聚體固化劑雙釜串聯(lián)反 應(yīng)裝置、預(yù)聚體原料攪拌器和預(yù)聚體原料預(yù)熱器； 所述第一子系統(tǒng)和第二子系統(tǒng)通過樹脂組分A攪拌器連接在一起； 第一子系統(tǒng)中，所述改性粒子高速分散機(jī)經(jīng)過栗通過管道與改性粒子六釜并聯(lián)反應(yīng)裝 置連接，所述改性粒子六釜并聯(lián)反應(yīng)裝置經(jīng)栗通過管道與旋液分離器連接；所述旋液分離 器液體出口通過管道連接到改性粒子高速分散機(jī)的進(jìn)料前儲(chǔ)罐，固體出口通過管道連接到 樹脂組分A攪拌器；所述改性粒子高速分散機(jī)的進(jìn)料前儲(chǔ)罐通過管道與改性粒子高速分散 機(jī)連接； 第二子系統(tǒng)中，所述樹脂單體原料預(yù)混合器通過管道與含氟羥基丙烯酸樹脂六釜串聯(lián) 反應(yīng)裝置連接，所述樹脂溶劑預(yù)熱器通過管道與含氟羥基丙烯酸樹脂六釜串聯(lián)反應(yīng)裝置連 接，所述含氟羥基丙烯酸樹脂六釜串聯(lián)反應(yīng)裝置經(jīng)栗通過管道與樹脂組分A攪拌器連接； 超雙疏涂料組分B生產(chǎn)系統(tǒng)中，所述預(yù)聚體原料預(yù)熱器通過管道和預(yù)聚體原料攪拌器 連接，預(yù)聚體原料攪拌器經(jīng)栗通過管道與含氟PU預(yù)聚體固化劑雙釜串聯(lián)反應(yīng)裝置連接。
[0007] 進(jìn)一步地，所述改性粒子六釜并聯(lián)反應(yīng)裝置采用六釜并聯(lián)形式，可大大提高子系 統(tǒng)1的生產(chǎn)能力，同時(shí)方便反應(yīng)器的維修。
[0008] 進(jìn)一步地，所述含氟羥基丙烯酸樹脂反應(yīng)裝置（4)采用多釜串聯(lián)反應(yīng)形式，其中反 應(yīng)釜的個(gè)數(shù)為4-8個(gè)，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)涂料生產(chǎn)工藝中依靠增加反應(yīng)釜體積和數(shù)量來提高生產(chǎn) 量的缺點(diǎn)。
[0009] 一種改性粒子修飾的生產(chǎn)超雙疏涂料的方法，包括如下步驟： (1) 改性的微米粒子的制備：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與微米粒子A1203和納米粒 子Si02&生偶聯(lián)反應(yīng)得到改性的微納粒子；所述偶聯(lián)反應(yīng)以十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷 作為偶聯(lián)劑； (2) 超雙疏涂料組分A的制備：將步驟（1)得到的改性的微納粒子加入到含氟羥基丙烯 酸樹脂中，再加入分散劑，流平劑和消泡劑，高速攪拌27~35min，高速分散27~35min，再高 速攪拌27~35min，得到改性微納粒子修飾含氟羥基丙烯酸樹脂，即超雙疏涂料組分A ; (3) 超雙疏涂料組分B的制備：將HDI三聚體及固體全氟烷基乙醇按（2. 7~3. 2) : 1配 比發(fā)生聚合反應(yīng)得到含氟PU預(yù)聚體，即超雙疏涂料組分B ; (4 )所述超雙疏涂料為雙組分超雙疏涂料，使用前分別儲(chǔ)存；使用時(shí)按照超雙疏涂料組 分A:超雙疏涂料組分B= (2~3) :1的比例混合均勾，即可使用。
[0010] 上述方法中，步驟（1)中，所述偶聯(lián)反應(yīng)的溶劑為乙醇，所述溶劑的質(zhì)量分 數(shù)為76. 88%~78. 76% ;所述偶聯(lián)反應(yīng)的改性助劑為丙酮，所述改性助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4. 02%~4. 55% ;所述偶聯(lián)反應(yīng)的pH范圍為3. 5~4. 5,所用緩沖劑為醋酸；所述偶聯(lián)反應(yīng)中微 米粒子A1203與納米粒子SiO 2是通過溶膠凝膠法（Sol-gel)制備的改性微納粒子；所述偶 聯(lián)反應(yīng)過程中需將改性微納粒子與偶聯(lián)劑十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷混合，后超聲分散 0. 5h，再加熱、回流攪拌5~7小時(shí)，降溫離心分離，最后烘干得完成表面修飾的改性微納粒 子。
[0011] 上述方法中，步驟（2)中，所述改性的微納粒子與含氟羥基丙烯酸樹脂加入量滿 足：含氟羥基丙烯酸樹脂與改性微納粒子的質(zhì)量比為（1.6~2) :1。
[0012] 上述方法中，所述分散劑的成分是含陽(yáng)離子基團(tuán)的丙烯酸酯聚合物，溶劑為丙二 醇單甲醚單醋酸酯或二甲苯；所述流平劑為丙烯酸流平劑或改性丙烯酸流平劑，其中改性 流平劑為氟改性或磷酸酯改性流平劑；所述消泡劑為聚醚改性型有機(jī)硅消泡劑。
[0013] 上述方法中，所述含氟羥基丙烯酸樹脂是由多種丙烯酸單體及含氟單體聚合而 成；所述多種丙烯酸單體包括甲基丙烯酸甲酯（MMA)、丙烯酸丁酯（BA)甲基丙烯酸羥乙酯 (HEMA)，其中分單體質(zhì)量比為MMA :BA :HEMA= (1. 6~2): (1. 1~1. 3) :1 ;所述含氟單體為甲基 丙烯酸十三氟辛酯，該氟單體在反應(yīng)過程中采用滴加的方式加入，該單體占單體總質(zhì)量的 30%~33%〇
[0014] 上述方法中，所述聚合反應(yīng)的保溫過程分別在6個(gè)釜中完成；所述6個(gè)釜為串聯(lián)排 布，每個(gè)釜中反應(yīng)時(shí)間是50min，溫度均為85°C ~95°C ;同時(shí)釜連接分水器，通過冷凝回流除 去其中水分。
[0015] 上述方法包括如下步驟： 將作為溶劑的乙醇和丙酮從儲(chǔ)料罐進(jìn)入到改性粒子高速分散機(jī)；同時(shí)原料十二庚 基丙基三甲氧基硅烷從原料罐進(jìn)入微納粒子改性高速分散機(jī)；加入醋酸調(diào)節(jié)pH大至為 3. 5~4. 5 ;攪拌混合充分以后，經(jīng)混合材料栗進(jìn)入到預(yù)熱器中，預(yù)熱后進(jìn)入到改性粒子六釜 并聯(lián)反應(yīng)裝置中，同時(shí)加入微米粒子A1203納米粒子Si02=(0. 3~0. 5) :1，加熱回流持續(xù)5~7 小時(shí)，加熱回流后的混合液先通過冷凝器冷卻后通過栗而到達(dá)旋液分離器，得到的經(jīng)表面 修飾的微納粒子從下端口轉(zhuǎn)移到烘干機(jī)中，在ll〇°C ~130°C下進(jìn)行脫水2~4h，得到已干燥 的經(jīng)表面修飾的微納粒子，儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中備用； 將溶劑醋酸丁酯和甲基異丁基酮混合進(jìn)入儲(chǔ)料罐，經(jīng)樹脂溶劑預(yù)熱器預(yù)熱到 92°C ~97°C后投入到含氟羥基丙烯酸樹脂六釜串聯(lián)反應(yīng)裝置中； 原料甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、醋酸丁酯及引發(fā)劑分別從原料 罐進(jìn)入到樹脂單體原料預(yù)混合器中，得到混合溶劑，同時(shí)向其中加入混合溶劑，最終得含氟 羥基丙烯酸樹酯；經(jīng)含氟羥基丙烯酸樹脂栗將含氟羥基丙烯酸樹脂從含氟羥基丙烯酸樹脂 六釜串聯(lián)反應(yīng)裝置中抽出，轉(zhuǎn)移到單體分離器中，回流脫水，通過含氟羥基丙烯酸樹脂栗轉(zhuǎn) 移到樹脂組分A攪拌器，備用； 將含氟羥基丙烯酸樹脂通過配置器按含氟羥基丙烯酸樹脂：經(jīng)表面修飾的改性微納粒 子=(1. 6~2) : 1往樹脂組分A攪拌器中繼續(xù)加入改性微納粒子，高速攪拌，高速分散，再高速