一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括預(yù)混裝置、原料儲存裝置、成品儲存裝置、靜態(tài)混合器、超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器、超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器；所述預(yù)混裝置包括第一預(yù)混裝置和第二預(yù)混裝置，所述第一預(yù)混裝置的輸出端、第二預(yù)混裝置的輸出端分別與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述靜態(tài)混合器的輸出端與超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸入端連接；所述超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸出端、原料儲存裝置的輸出端分別與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸出端與成品儲存裝置連接。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，制備的涂料涂層硬度高，漆膜透明度高，實(shí)現(xiàn)了高效連續(xù)化制備，生產(chǎn)效率高、批次穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于涂料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的 系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水性涂料以水為溶劑，是目前最安全，最環(huán)保的涂料之一。由于自身組成和結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，單組份水性涂料的涂裝效果沒有油性涂料好，存在表面硬度低、豐滿度不夠、耐水性差 等明顯不足，而且水性涂料的硬度不足已成為涂料水性化進(jìn)程的重要障礙之一。研究表明 將無機(jī)納米材料與水性涂料復(fù)合是提高水性涂料硬度的有效方法。但是目前納米復(fù)合功能 涂料制備過程中仍然存在著相間結(jié)合力差、納米填料分散性差、無機(jī)納米材料團(tuán)聚嚴(yán)重、批 次穩(wěn)定性差等問題，大多還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，由于存在技術(shù)、工藝限制仍未形成規(guī)?；?生產(chǎn)。
[0003] 另外一方面，傳統(tǒng)的涂料生產(chǎn)大都采用高速分散機(jī)分散、砂磨機(jī)分散等方式進(jìn)行， 為間隙式操作，分散砂磨時(shí)間長，納米填料難以均勻分散，同時(shí)，普遍存在自動(dòng)化程度低、過 程效率低、過程能耗高等問題，生產(chǎn)的涂料產(chǎn)品批次穩(wěn)定性不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)及 方法，制備的水性涂料涂層硬度高，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的高效連續(xù)化制備，具有 過程能耗低、生產(chǎn)效率高、批次穩(wěn)定性好等顯著特點(diǎn)。
[0005] 對此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，其包括預(yù)混裝置、原料儲存裝置、成 品儲存裝置、靜態(tài)混合器、超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器、超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器;所述預(yù)混裝置 包括第一預(yù)混裝置和第二預(yù)混裝置，所述第一預(yù)混裝置的輸出端、第二預(yù)混裝置的輸出端 分別與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述靜態(tài)混合器的輸出端與超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸 入端連接;所述超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸出端、原料儲存裝置的輸出端分別與超聲波強(qiáng) 化靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸出端與成品儲存裝置連接。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括輸料栗，所述 輸料栗包括第一輸料栗、第二輸料栗和第三輸料栗，所述第一預(yù)混裝置的輸出端通過第一 輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述第二預(yù)混裝置的輸出端通過第二輸料栗與靜態(tài)混 合器的輸入端連接，所述原料儲存裝置的輸出端通過第三輸料栗與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器 的輸入端連接。
[0007] 本發(fā)明還提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其采用上述所述的 連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)進(jìn)行制備，其包括如下步驟：
[0008] 步驟A:將水性納米材料溶膠和第一表面活性劑加入第一預(yù)混釜中混合均勻，維持 物料溫度為40_90°C，將改性劑、水和第二表面活性劑加入第二預(yù)混釜中混合均勻;其中，所 述第一表面活性劑和第二表面活性劑的物質(zhì)可以相同，也可以不同；
[0009] 步驟B:將第一預(yù)混釜中的物料和第二預(yù)混釜中的物料輸入靜態(tài)混合器中，進(jìn)行物 料的快速混合，然后將物料輸入到超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中進(jìn)行混合反應(yīng)得到混合好的水 性涂料的添加劑；
[0010] 步驟C:將所述水性涂料的添加劑、原料儲存裝置中的水性涂料分別輸送到超聲波 強(qiáng)化靜態(tài)混合器中進(jìn)行兩股物料的混合分散，所述水性涂料與水性涂料的添加劑的體積比 為2:1-10:1，混合分散后的物料輸入到成品儲存裝置中，得到有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料。
[0011] 超聲波具有波長短、近似直線傳播、能量容易集中等特點(diǎn)。由于超聲波在液體介質(zhì) 中的空化作用，使其能夠提高化學(xué)反應(yīng)速率、縮短反應(yīng)時(shí)間，也可應(yīng)用于乳液的制備和兩相 材料的分散等。管式反應(yīng)器一種呈管狀、長徑比大的連續(xù)操作反應(yīng)器，管式反應(yīng)器中物料的 流動(dòng)可近似地視為平推流，物料間的返混小，是一種很理想的反應(yīng)器設(shè)備。靜態(tài)混合器是一 種沒有運(yùn)動(dòng)部件的高效混合設(shè)備，其基本工作機(jī)理是利用固定在管內(nèi)的混合單元體改變流 體在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到不同物料之間良好分散和充分混合的目的。
[0012] 本發(fā)明所述的超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器和超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器分別綜合了超聲 波與管式反應(yīng)器和靜態(tài)混合器的優(yōu)勢。關(guān)于這兩個(gè)設(shè)備，最簡單的實(shí)現(xiàn)方式是分別將管式 反應(yīng)器和靜態(tài)混合器浸于超聲波清洗機(jī)等類似設(shè)備中的超聲介質(zhì)中，就能實(shí)現(xiàn)超聲波對管 式反應(yīng)器和靜態(tài)混合器的強(qiáng)化作用，從而應(yīng)用于本發(fā)明的技術(shù)方案當(dāng)中。
[0013] 采用此技術(shù)方案，有效提高了各相間的結(jié)合力、納米填料分散性好、無機(jī)納米材料 團(tuán)聚少、批次穩(wěn)定性好;而且自動(dòng)化程度高，效率高。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水性納米材料溶膠為納米氧化娃溶膠、納米氧化 鋯溶膠、納米氧化鋁溶膠、納米氧化鋅溶膠、納米氧化鈦溶膠中的至少一種。
[00?5]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米材料溶膠的固含量為10wt %-70wt %、平均粒 徑為 5nm-100nm。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一表面活性劑和第二表面活性劑分別為吐溫 20、吐溫40、吐溫60、吐溫80、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的改性劑為3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三 乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅 烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙 烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、異丙氧基二硬脂 酸酰氧基鋁酸酯、異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸 酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯中的 至少一種。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括濃縮 裝置，所述濃縮裝置設(shè)有液體霧化器和真空裝置，所述超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸出端與 液體霧化器連接，所述濃縮裝置的輸出端、原料儲存裝置的輸出端分別與超聲波強(qiáng)化靜態(tài) 混合器的輸入端連接。
[0019] 其中，所述的液體霧化器能夠?qū)⑦M(jìn)料液體進(jìn)行霧化，得到微小液滴。霧化器能夠?qū)?液體物料霧化成微小液滴，可以極大地增加液體的比表面積。在本發(fā)明中，從霧化裝置出來 的物料以小液滴的形式存在，比表面積大，水份揮發(fā)較快，因此可以快速脫除物料中的部分 水份，提高物料的固含量。為了盡量減少液滴夾帶，在濃縮裝置中可按需安裝除沫器，包括 但不限于絲網(wǎng)除沫器。采用此技術(shù)方案，能夠快速有效的提高物料固含量，避免出現(xiàn)納米雜 化涂料成品固含量偏低、粘度偏低等不足，而降低納米雜化涂料的適用性。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括輸料 栗，所述輸料栗包括第一輸料栗、第二輸料栗、第三輸料栗和第四輸料栗，所述第一預(yù)混裝 置的輸出端通過第一輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述第二預(yù)混裝置的輸出端通過 第二輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述原料儲存裝置的輸出端通過第三輸料栗與超 聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述濃縮裝置的輸出端通過第四輸料栗與超聲波強(qiáng)化 靜態(tài)混合器的輸入端連接。
[0021] 本發(fā)明還提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其采用上述所述的 連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)進(jìn)行制備，其包括如下步驟：
[0022] 步驟S1:將水性納米材料溶膠和第一表面活性劑加入第一預(yù)混釜中混合均勻，維 持物料溫度為40-90°C，將改性劑、水和第二表面活性劑加入第二預(yù)混釜中混合均勻;其中， 所述第一表面活性劑和第二表面活性劑的物質(zhì)可以相同，也可以不同；
[0023] 步驟S2:將第一預(yù)混釜中的物料和第二預(yù)混釜中的物料輸入到靜態(tài)混合器中，進(jìn) 行物料的混合，然后將混合好的物料輸入到超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中進(jìn)行混合反應(yīng)；
[0024] 步驟S3:從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器出來的物料經(jīng)過液體霧化器霧化，得到微小液 滴，加入到濃縮裝置中脫除物料中的部分水，并利用真空裝置維持濃縮裝置中的真空度為 0.04-0.09MPa，得到濃縮的水性涂料添加劑；
[0025] 步驟S4:將所述濃縮的水性涂料添加劑、原料儲存裝置中的水性涂料分別輸送到 超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器中進(jìn)行兩股物料的混合，所述濃縮的水性涂料添加劑與水性涂料的 體積比為1:2-1:10,混合分散后的物料輸入到成品儲存裝置中，得到有機(jī)無機(jī)納米雜化涂 料。
[0026] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水性納米材料溶膠為納米氧化娃溶膠、納米氧化 鋯溶膠、納米氧化鋁溶膠、納米氧化鋅溶膠、納米氧化鈦溶膠中的至少一種。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米材料溶膠的固含量為10wt %-70wt %、平均粒 徑為 5nm-100nm。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一表面活性劑和第二表面活性劑分別為吐溫 20、吐溫40、吐溫60、吐溫80、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的改性劑為3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三 乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅 烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙 烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、異丙氧基二硬脂 酸酰氧基鋁酸酯、異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸 酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯中的 至少一種。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0031 ]第一，與傳統(tǒng)涂料制備方法如高速分散法和砂磨法等相比較，本發(fā)明的技術(shù)方案 提供了一套連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)和方法，利用該系統(tǒng)和方法可以實(shí)現(xiàn)有 機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的高效連續(xù)化制備，具有過程能耗低、生產(chǎn)效率高、批次穩(wěn)定性好等顯 著特點(diǎn)。
[0032] 第二，采用本發(fā)明提供的制備系統(tǒng)和方法制備的水性涂料穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)無機(jī) 納米材料在涂料中的高分散，同時(shí)制備的水性涂料涂層硬度高，鉛筆硬度最高可達(dá)到2H，并 且得到的漆膜透明度高。
[0033] 第三，本發(fā)明的技術(shù)方案，易于放大，可應(yīng)用于高性能涂料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 特別是該反應(yīng)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的普適性，能夠適用于高性能涂料的連續(xù)化制備和生產(chǎn)，包括 高性能水性涂料，包括但不僅限于水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧涂料等多種 類型，還可以用于溶劑型有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的制備。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0036] 附圖標(biāo)記為：1-第一預(yù)混釜，4-第二預(yù)混釜，5-濃縮釜，8-原料儲罐，9-成品儲罐， 2_第一輸料栗，3-第二輸料栗，6-第三輸料栗，7-第四輸料栗，10-靜態(tài)混合器，11-超聲波強(qiáng) 化管式反應(yīng)器，12-液體霧化器，13-真空裝置，14-超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括第一預(yù)混釜1、第二預(yù)混釜4、濃縮釜5、原料儲罐8、成品儲罐9、第一輸料栗2、第二輸 料栗3、第三輸料栗6、第四輸料栗7、靜態(tài)混合器10、超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11、液體霧化器 12、真空裝置13和超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14;其中第一預(yù)混釜1和第二預(yù)混釜4分別通過第 一輸料栗2和第二輸料栗3與靜態(tài)混合器10的兩個(gè)入口相連，原料儲罐8和濃縮釜5分別通過 第三輸料栗6和第四輸料栗7與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14的兩個(gè)入口相連，靜態(tài)混合器10的 出口與超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11的入口相連，超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11的出口與液體霧化 器12相連，液體霧化器12位于濃縮釜5的內(nèi)部，濃縮釜5與真空裝置13相連，超聲波強(qiáng)化靜態(tài) 混合器14的出口與成品儲罐9相連。
[0040] 另外，本實(shí)施例還提供了一種連續(xù)制備有機(jī)物納米雜化涂料的方法，包括如下步 驟：
[0041 ] (1)將1000克的固含量為30wt %、納米二氧化硅平均粒徑為20nm的水性二氧化硅 溶膠和3克吐溫80加入第一預(yù)混釜1中混合均勻，維持物料溫度為40°C。
[0042] (2)將30克的甲基三甲氧基硅烷、300克的水和1克的十二烷基硫酸鈉加入第二預(yù) 混釜4中混合均勻。
[0043] (3)提前開啟超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中的超聲波。
[0044] (4)分別利用第一輸料栗2和第二輸料栗3將第一預(yù)混釜1中的物料和第二預(yù)混釜4 中的物料輸入靜態(tài)混合器10中實(shí)現(xiàn)物料的快速混合，從靜態(tài)混合器10出來的物料進(jìn)入超聲 波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11。
[0045] (5)提前開啟真空裝置13,維持?jǐn)嚢韫?的真空度為0.08MPa。
[0046] (6)從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11出來的物料被液體霧化器12霧化，得到微小液滴， 在濃縮釜5中脫除物料中的部分水。
[0047] (7)分別利用第三輸料栗6和第四輸料栗7將原料儲罐8的水性涂料和濃縮釜5中的 物料中按照體積比10:1輸入超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14中實(shí)現(xiàn)兩股物料的快速混合，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)納米二氧化硅在水性涂料中的分散。
[0048] (8)從超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14出來的物料流入成品儲罐9中，得到高分散性高硬 度水性涂料。
[0049] 實(shí)施例2
[0050]如圖2所示，本實(shí)施例提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括第一預(yù)混釜1、第二預(yù)混釜4、原料儲罐8、成品儲罐9、第一輸料栗2、第二輸料栗3、第 三輸料栗6、靜態(tài)混合器10、超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11、超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14;其中第一 預(yù)混釜1和第一預(yù)混釜4分別通過第一輸料栗2和第二輸料栗3與靜態(tài)混合器10的兩個(gè)入口 相連，靜態(tài)混合器10的出口與超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11的入口相連，超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng) 器11的出口與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14的一個(gè)入口相連，原料儲罐8通過第三輸料栗6、與 超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14的一個(gè)入口相連，超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14的出口與成品儲罐9 相連。
[0051]另外，本實(shí)施例還提供了一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，包括如下 步驟：
[0052] (1)將1000克的固含量為45wt %、納米二氧化硅平均粒徑為20nm的水性二氧化硅 溶膠和3克吐溫80加入第一預(yù)混釜1中混合均勻，維持物料溫度為50°C。
[0053] (2)將40克的3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、200克的水和1克的十二烷基硫 酸鈉加入第二預(yù)混釜4中混合均勻。
[0054] (3)提前開啟超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中的超聲波。
[0055] (4)分別利用第一輸料栗2和第二輸料栗3將攪拌罐1中的物料和攪拌罐4中的物料 輸入靜態(tài)混合器10中實(shí)現(xiàn)物料的快速混合，從靜態(tài)混合器10出來的物料進(jìn)入超聲波強(qiáng)化管 式反應(yīng)器11，從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11出來的物料進(jìn)入超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14。
[0056] (5)利用第三輸料栗6將原料儲罐8中的水性涂料輸入超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14， 其中與從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的來料的體積比3:1，兩股物料在超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器 14中實(shí)現(xiàn)快速混合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)納米二氧化硅在水性涂料中的分散。
[0057] (6)從超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14出來的物料流入成品儲罐9中，得到高分散性高硬 度水性涂料。
[0058] 實(shí)施例3
[0059] 采用實(shí)施例1提供的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，快速制備高硬度水 性涂料，包括如下步驟：
[0060] (1)將1000克的固含量為15wt %、納米氧化錯(cuò)平均粒徑為80nm的水性氧化錯(cuò)溶膠 和1克吐溫80加入第一預(yù)混釜1中混合均勻，維持物料溫度為70°C。
[0061] (2)將10克的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、300克的水和1克的十二烷基 硫酸鈉加入第二預(yù)混釜4中混合均勻。
[0062] (3)提前開啟超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中的超聲波。
[0063] (4)分別利用第一輸料栗2和第二輸料栗3將第一預(yù)混釜1中的物料和第二預(yù)混釜4 中的物料輸入靜態(tài)混合器10中實(shí)現(xiàn)物料的快速混合，從靜態(tài)混合器10出來的物料進(jìn)入超聲 波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11。
[0064] (5)提前開啟真空裝置13,維持濃縮釜5的真空度為0.04MPa。
[0065] (6)從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11出來的物料被液體霧化器12霧化，得到微小液滴， 在濃縮釜5中脫除物料中的部分水。
[0066] (7)分別利用第三輸料栗6和第四輸料栗7將原料儲罐8中的水性涂料和濃縮釜5中 的物料按照體積比6:1輸入超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14中實(shí)現(xiàn)兩股物料的快速混合，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)納米氧化鋁在水性涂料中的分散。
[0067] (8)從超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14出來的物料流入成品儲罐9中，得到高分散性高硬 度水性涂料。
[0068] 實(shí)施例4
[0069] 采用實(shí)施例1提供的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，快速制備高硬度水 性涂料，包括如下步驟：
[0070] (1)將500克的固含量為30wt%、納米氧化硅平均粒徑為20nm的水性氧化硅溶膠和 500克的固含量為15wt%、平均粒徑為80nm的水性氧化鋁溶膠，以及1克吐溫40加入第一預(yù) 混釜1中混合均勻，維持物料溫度為55 °C。
[0071] (2)將5克的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2克異丙基三(二辛基焦磷酸酰 氧基)鈦酸酯、200克的水和1克的十二烷基硫酸鈉加入第二預(yù)混釜4中混合均勻。
[0072] (3)提前開啟超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中的超聲波。
[0073] (4)分別利用第一輸料栗2和第二輸料栗3將第一預(yù)混釜1中的物料和第二預(yù)混釜4 中的物料輸入靜態(tài)混合器10中實(shí)現(xiàn)物料的快速混合，從靜態(tài)混合器10出來的物料進(jìn)入超聲 波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11。
[0074] (5)提前開啟真空裝置13,維持濃縮釜5的真空度為0.04MPa。
[0075] (6)從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器11出來的物料被液體霧化器12霧化，得到微小液滴， 在濃縮釜5中脫除物料中的部分水。
[0076] (7)分別利用第三輸料栗6和第四輸料栗7將原料儲罐8中的水性涂料和濃縮釜5中 的物料按照體積比6:1輸入超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14中實(shí)現(xiàn)兩股物料的快速混合，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)納米氧化鋁在水性涂料中的分散。
[0077] (8)從超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器14出來的物料流入成品儲罐9中，得到高分散性高硬 度水性涂料。
[0078] 對比例1
[0079 ]在高速分散機(jī)中加入水性涂料，按照水性涂料體積的1 /10加入水性納米二氧化硅 溶膠，其中水性納米二氧化硅溶膠的固含量為30wt %，平均粒徑為20nm。高速分散6h得到納 米改性水性涂料。
[0080] 對比例2
[0081 ]在砂磨機(jī)進(jìn)行納米氧化鋁與水性涂料的混合和分散，其中納米氧化鋁溶膠與水性 涂料的體積比為1:5，納米氧化錯(cuò)溶膠的固含量為15wt %，平均粒徑為80nm。在砂磨機(jī)中分 散6h得到納米改性涂料。
[0082] 將實(shí)施例1~4、對比例1~2的涂料的性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示：
[0083] 表1實(shí)施例1~4、對比例1~2涂料的性能對比表
[0085] 由表1可見，采用本發(fā)明的技術(shù)方案的水性涂料，涂層硬度高于對比實(shí)施例的，且 鉛筆硬度最高可達(dá)到2H，同時(shí)還具有很高的漆膜透明度。
[0086] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，其特征在于:其包括預(yù)混裝置、原料儲 存裝置、成品儲存裝置、靜態(tài)混合器、超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器、超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器;所述 預(yù)混裝置包括第一預(yù)混裝置和第二預(yù)混裝置，所述第一預(yù)混裝置的輸出端、第二預(yù)混裝置 的輸出端分別與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述靜態(tài)混合器的輸出端與超聲波強(qiáng)化管式反 應(yīng)器的輸入端連接;所述超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸出端、原料儲存裝置的輸出端分別與 超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸出端與成品儲存裝 置連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，其特征在于:所述連 續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括輸料栗，所述輸料栗包括第一輸料栗、第二輸料 栗和第三輸料栗，所述第一預(yù)混裝置的輸出端通過第一輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連 接，所述第二預(yù)混裝置的輸出端通過第二輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述原料儲 存裝置的輸出端通過第三輸料栗與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，其特征在于:所述連 續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括濃縮裝置，所述濃縮裝置設(shè)有液體霧化器和真空 裝置，所述超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器的輸出端與液體霧化器連接，所述濃縮裝置的輸出端、原 料儲存裝置的輸出端分別與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)，其特征在于:所述連 續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)包括輸料栗，所述輸料栗包括第一輸料栗、第二輸料 栗、第三輸料栗和第四輸料栗，所述第一預(yù)混裝置的輸出端通過第一輸料栗與靜態(tài)混合器 的輸入端連接，所述第二預(yù)混裝置的輸出端通過第二輸料栗與靜態(tài)混合器的輸入端連接， 所述原料儲存裝置的輸出端通過第三輸料栗與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接，所述 濃縮裝置的輸出端通過第四輸料栗與超聲波強(qiáng)化靜態(tài)混合器的輸入端連接。5. -種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:其采用權(quán)利要求1所述的 連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)進(jìn)行制備，其包括如下步驟： 步驟A:將水性納米材料溶膠和第一表面活性劑加入第一預(yù)混釜中混合均勻，維持物料 溫度為40-90°C，將改性劑、水和第二表面活性劑加入第二預(yù)混釜中混合均勻； 步驟B:將第一預(yù)混釜中的物料和第二預(yù)混釜中的物料輸入靜態(tài)混合器中，進(jìn)行物料的 快速混合，然后將混合后的物料輸入到超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中進(jìn)行混合反應(yīng)得到混合好 的水性涂料的添加劑； 步驟C:將所述水性涂料的添加劑、原料儲存裝置中的水性涂料分別輸送到超聲波強(qiáng)化 靜態(tài)混合器中進(jìn)行兩股物料的混合分散，所述水性涂料與水性涂料的添加劑的體積比為2: 1-10:1，混合分散后的物料輸入到成品儲存裝置中，得到有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:所述水 性納米材料溶膠為納米氧化硅溶膠、納米氧化鋯溶膠、納米氧化鋁溶膠、納米氧化鋅溶膠、 納米氧化鈦溶膠中的至少一種;所述納米材料溶膠的固含量為1 〇 w t % - 7 0 w t %、平均粒徑為 5nm-100nm〇7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:所述第 一表面活性劑和第二表面活性劑分別為吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80、十二烷基硫酸鈉、 十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種； 所述的改性劑為3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、 甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙 氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯 基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、異丙氧基二硬脂酸酰氧基鋁酸酯、異丙基三(二辛 基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛 基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯中的至少一種。8. -種連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:其采用權(quán)利要求3所述的 連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的系統(tǒng)進(jìn)行制備，其包括如下步驟： 步驟S1:將水性納米材料溶膠和第一表面活性劑加入第一預(yù)混釜中混合均勻，維持物 料溫度為40-90 °C，將改性劑、水和第二表面活性劑加入第二預(yù)混釜中混合均勻； 步驟S2:將第一預(yù)混釜中的物料和第二預(yù)混釜中的物料輸入到靜態(tài)混合器中，進(jìn)行物 料的混合，然后將混合好的物料輸入到超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器中進(jìn)行混合反應(yīng)； 步驟S3:從超聲波強(qiáng)化管式反應(yīng)器出來的物料經(jīng)過液體霧化器霧化，得到微小液滴，加 入到濃縮裝置中脫除物料中的部分水，并利用真空裝置維持濃縮裝置中的真空度為0.04-0.09MPa，得到濃縮的水性涂料添加劑； 步驟S4:將所述濃縮的水性涂料添加劑、原料儲存裝置中的水性涂料分別輸送到超聲 波強(qiáng)化靜態(tài)混合器中進(jìn)行兩股物料的混合，所述濃縮的水性涂料添加劑與水性涂料的體積 比為1:2-1:10，混合分散后的物料輸入到成品儲存裝置中，得到有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:所述水 性納米材料溶膠為納米氧化硅溶膠、納米氧化鋯溶膠、納米氧化鋁溶膠、納米氧化鋅溶膠、 納米氧化鈦溶膠中的至少一種;所述納米材料溶膠的固含量為1 〇 w t % - 7 0 w t %、平均粒徑為 5nm-100nm〇 1 〇.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連續(xù)制備有機(jī)無機(jī)納米雜化涂料的方法，其特征在于:所述 第一表面活性劑和第二表面活性劑分別為吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80、十二烷基硫酸 鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種； 所述的改性劑為3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、 甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙 氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯 基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、異丙氧基二硬脂酸酰氧基鋁酸酯、異丙基三(二辛 基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛 基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯中的至少一種。
【文檔編號】B01J19/10GK106046914SQ201610560385
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】劉海濤, 萬軍喜, 曹海琳, 翁履謙, 郭悅
【申請人】深圳航天科技創(chuàng)新研究院