一种建材用粉末涂料及其制备方法与流程

本发明属于基于环氧树脂的涂料组合物技术领域，尤其涉及一种建材用粉末涂料及其制备方法。

背景技术：

建材是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称，可分为结构材料、装饰材料和某些专用材料。为了防止建材发生腐蚀，延长使用寿命，需要对其进行必要的保护，目前常规的做法为在建材的表面涂覆一层防腐涂料，防止外界的腐蚀介质对建材造成侵蚀。

粉末涂料常用于建材防腐上，粉末涂料是以固体树脂和颜料、填料及助剂等组成的固体粉末状合成树脂涂料，和普通溶剂型涂料及水性涂料不同，它的分散介质不是溶剂和水，而是空气。粉末涂料具有无溶剂污染，100％成膜，能耗低的特点。粉末涂料有热塑性和热固性两大类。热塑性粉末涂料的涂膜外观(光泽和流平性)较差，与金属之间的附着力也差，所以在建材领域中应用较少。建材领域中一般采用热固性粉末涂料，热固性粉末涂料是以热固性合成树脂为成膜物质，在烘干过程中树脂先熔融，再经化学交联后固化成平整坚硬的涂膜。

目前用于建材的粉末涂料渗透性还有欠缺，有时不能很好的将建材包容密封，降低了防腐效果及防腐年限；而且很多建材是用在户外的，使用的环境较为恶劣，对粉末涂料的防腐性能提出了更高的要求，目前的粉末涂料防腐性还有加强的空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种建材用粉末涂料及其制备方法，以解决现有用于粉末涂料渗透性、防腐性不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种建材用粉末涂料及其制备方法，包括以下质量份数的原料：环氧树脂40-62份，聚脂树脂30-48份，聚醚砜树脂15-28份，颜料16-30份，填料8-18份，流平剂0.5-1份，固化剂4-12份；填料包括纳米粘土、石墨烯、金属陶瓷微粒、纳米二氧化硅和炭黑。

本基础方案的有益效果在于：

1、环氧树脂力学性能好，但是固化物较脆，具有耐疲劳性、耐开裂性和耐热冲击性较差等缺点，本方案中将环氧树脂、聚脂树脂和聚醚砜树脂按照固定的用量混合使用，能有效提高环氧树脂的韧性，改善环氧树脂的综合性能。

2、纳米二氧化硅和纳米粘土配合能够对环氧树脂起到增韧的作用，提高涂层的韧性。同时申请人发现纳米二氧化硅、纳米粘土能够凭借其较小的尺寸填补涂层因固化而局部收缩产生的微孔，增加涂层的交联密度，减少腐蚀性离子的传输路径，同时还可改善涂层的机械性能、热稳定性等。炭黑具有改善产品的着色以及抗紫外线的性能，加入炭黑能够减弱紫外线对涂层作用，延缓老化。而且申请人发现纳米粘土、纳米二氧化硅与少量炭黑配合，能够增强涂层的静态力学性能,降低动态损耗因子,提高涂层的热稳定性、耐热空气老化性能。

3、石墨烯具有抗腐蚀性，加入石墨烯可改善涂料的抗腐蚀性。金属陶瓷微粒既具有金属的韧性、良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损的特性，可明显改善涂料的耐机械冲击和耐热冲击的综合性能。石墨烯与金属陶瓷微粒共同使用具有协同效应，可增强防腐蚀的效果，具体原理为：石墨烯通过层层叠加以及有效的均匀分散后，能在产品表面形成一个立体的三维结构，金属陶瓷微粒分散在三维结构内，有助于强化该三维结构，向产品表面投影会得到一个填充平面，起到阻隔环境中氧气和水的作用，从而达到防腐目的。

4、本方案制备得到的粉末涂料，渗透性强、附着力佳，使用时能快速形成连续性的涂层，有效隔绝外界腐蚀介质对建材的侵害。而且形成的涂层能够置换建材表面的水分，涂覆涂料时，只需清理建材表面的积水，不需严格控制建材的湿度，省略了使用前的干燥步骤，提高加工效率。

进一步，填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土6-10份、石墨烯10-16份、金属陶瓷微粒4-6份、纳米二氧化硅8-12份和炭黑2-5份。申请人经过多次试验发现，将填料原料的用量控制在上述范围内，制备得到的粉末涂料综合性能较佳。

进一步，颜料包括有机颜料和无机颜料，有机颜料为酞菁蓝、酞菁绿、大红、永固黄中的一种或几种，无机颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑中的一种或几种。

进一步，包括以下质量份数的原料：环氧树脂50-58份，聚脂树脂35-40份，聚醚砜树脂20-25份，颜料18-24份，填料15-18份，流平剂0.5-0.8份，固化剂8-12份；填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土8-10份、石墨烯13-16份、金属陶瓷微粒4-6份、纳米二氧化硅10-12份和炭黑3-4份。申请人经过多次研究发现，将原料的质量份数控制在上述范围内，制备得到的粉末涂料防腐性能、渗透性等均较佳。

本发明还提供一种建材用粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：准备以下质量份数的原料，环氧树脂40-62份，聚脂树脂30-48份，聚醚砜树脂15-28份，颜料16-30份，填料8-18份，流平剂0.5-1份，固化剂4-12份；其中填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土6-10份、石墨烯10-16份、金属陶瓷微粒4-6份、纳米二氧化硅8-12份和炭黑2-5份；

(2)将填料放置在零下10-20℃下冷冻3-5h；将冷冻后的填料取出放入研磨设备中进行研磨，研磨20-40min，研磨过程中进行磁化处理；

(3)加入其余原料一同研磨15-25min，得到混合粉末；

(4)将混合粉末加入到双螺杆挤出机熔融挤出、压辊压片；

(5)将步骤(4)中得到的物料加入到磨粉机中磨成粉末、筛网过滤，得到粉末涂料。

步骤(3)中将填料置于低温下冷冻处理后立即研磨，有利于填料的粉碎，使研磨的效果更好，而且冷冻处理后研磨能使各种物料充分的相互作用，更好的发挥协同效应。研磨过程中磁化处理，有利于金属陶瓷微粒分散在石墨烯的三维结构中，增加涂料整体的抗腐蚀性。采用上述方式制备粉末涂料，制备得到的粉末涂料综合性能更好。

进一步，所述步骤(3)中，将树脂分为两部分，其中一部分占树脂总量的1/4-2/5；先往研磨设备加入一部分树脂一同研磨4-6min；加入流平剂、固化剂一同研磨3-5min；加入颜料一同研磨3-5min；最后加入剩余树脂研磨5-9min。

填料、固化剂、流平剂等在涂料中分散越均匀，涂料的防腐蚀性、机械性能越好。采用上述方法研磨原料，能使各种物料充分混合，填料、固化剂、流平剂等物料均匀的分散。

进一步，磨粉机的主磨转速为40-50r/minin，磨粉机的副磨转速为20-30r/min，筛网为180-200目。经过申请人长期试验发现，将磨粉机的转速控制在上述范围，磨粉机研磨的效果较好。

附图说明

图1为本发明实施例中使用到的研磨设备主视方向的剖视图；

图2是图1中a-a方向的剖视图。

具体实施方式

说明书附图1-2中的附图标记包括：研磨筒10、刚性筛板11、漏料孔111、流通道112、隔板12、传送筒20、传动杆21、螺旋叶片211、第二链轮212、转移口22、电机30、第一链轮31、传送链32、活塞筒40、弹簧41、活塞42、排气管43、单向排气阀431、粗磨筒50、出料口51、粗磨球52、循环管53、十字转块60、滚动磨球61、转轴70、搅拌杆71、托盘72、出料管80、密封板90。

实施例1

本实施例公开了一种建材用粉末涂料，包括以下质量份数的原料：环氧树脂56份，聚脂树脂38份，聚醚砜树脂22份，颜料20份，填料18份，流平剂0.6份，固化剂10份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土8份、石墨烯15份、金属陶瓷微粒4份、纳米二氧化硅10份和炭黑3份。

上述一种建材用粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：准备以下质量份数的原料，环氧树脂56份，聚脂树脂38份，聚醚砜树脂22份，颜料20份，填料18份，流平剂0.6份，固化剂10份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土8份、石墨烯15份、金属陶瓷微粒4份、纳米二氧化硅10份和炭黑3份。

(2)将填料放置在零下15℃下冷冻5h；将冷冻后的填料取出放入研磨设备中进行研磨，研磨30min，研磨过程中进行磁化处理。

(3)将树脂分为两部分，其中一部分占树脂总量的2/5；先往研磨设备加入一部分树脂与填料一同研磨5min；加入流平剂、固化剂一同研磨4min；加入颜料一同研磨5min；最后加入剩余树脂研磨8min，得到混合粉末。

(4)将混合粉末加入到双螺杆挤出机熔融挤出、压辊压片，挤出机ⅰ区温度控制在80-95℃，挤出机ⅱ区温度控制在100-120℃；

(5)将步骤(4)中得到的物料加入到磨粉机中磨成粉末、筛网过滤，得到粉末涂料；磨粉机主磨的转速为40-50r/min，磨粉机副磨的转速为20-30r/min，筛网为180-200目。

本实施例中用到的研磨设备包括研磨筒10、吹气机构、研磨机构和传送机构。传送机构包括固定在研磨筒10右侧的传送筒20和转动连接在传送筒20内的传动杆21，传动杆21的下端伸出传送筒20的底部。传动杆21上焊接有用于送料的螺旋叶片211,螺旋叶片211的边沿与传送筒20的内壁始终保持贴合。传送筒20的顶部连接有均与传送筒20连通的出料管80和循环管53，传送筒20的顶部转动连接有纵截面为l形的密封板90，密封板90的下部能够封堵出料管80或循环管53的进料口，密封板90的上端穿过传送筒20的上部，通过转动密封板90的上部能使密封板90封闭出料管80或循环管53的进料口。

研磨筒10的下部内固定有向传送筒20一侧倾斜向下设置的隔板12，传送筒20下部的侧壁上开有连通研磨筒10和传送筒20的转移口22，转移口22位于隔板12下端一侧，隔板12上的物料能够通过转移口22进入传送筒20内。研磨筒10内还固定有若干块位于隔板12上方的刚性筛板11，在本实施例中刚性筛板11设有三块，三块刚性筛板11均匀的间隔分布，两块刚性筛板11之间放置有多个碰撞球。刚性筛板11的表面开有多个漏料孔111，刚性筛板11内开设有连通各个漏料孔111的流通道112。

研磨机构包括电机30和与电机30输出轴固定连接的转轴70，电机30固定在研磨筒10的底部并位于隔板12的下方，电机30的输出轴上固定有第一链轮31，传动杆21上固定有位于传送筒20下方的第二链轮212，第一链轮31和第二链轮212上套设有同一传送链32。转轴70沿高度方向分布且依次穿过隔板12和三块刚性筛板11，转轴70的上部固定有位于研磨筒10上部内的粗磨筒50，粗磨筒50的侧壁上开有多个出料口51，粗磨筒50内放置有多个体积不一的粗磨球52。循环管53的一端依次穿过研磨筒10、粗磨筒50的上部，循环管53与研磨筒10是固定连接的关系，循环管53与粗磨筒50则是转动连接的关系，循环管53位于粗磨筒50的转动中心处。转轴70上焊接有位于隔板12与最下方刚性筛板11之间的搅拌杆71，搅拌杆71与隔板12平行设置，研磨筒10的隔板12上放置有振动球。转轴70上焊接有研磨部，研磨部包括十字转块60和多个转动连接在十字转块60上的滚动磨球61，滚动磨球61与十字转块60的具体连接方式为：十字转块60的上下两个表面开有多个弧形槽，多个滚动磨球61分别转动连接在各个弧形槽内。研磨部设有两个，两个研磨部沿高度方向分布且均位于两块刚性筛板11之间，研磨部上的滚动磨球61均与刚性筛板11的表面保持接触，在刚性筛板11的限制下滚动磨球61不能脱离弧形槽且只能在弧形槽内转动。转轴70上还焊接有位于粗磨筒50和最上方刚性筛板11之间的托盘72，托盘72的纵截面呈上宽下窄的等腰梯形，托盘72上开有多个通口，托盘72上放置有多个体积不一的碾压球。

吹气机构包括活塞筒40和排气管43，活塞筒40固定在研磨筒10的左侧壁并与研磨筒10连通，研磨筒10内滑动且密封连接有活塞42，活塞42能沿活塞筒40的水平方向往复滑动，活塞42与研磨筒10之间连接有弹簧41。活塞42与托盘72相对，托盘72上的碾压球随托盘72一同转动时，碾压球能够撞击在活塞42上。排气管43与活塞筒40连通，排气管43上连接有3根支气管，3根支气管的排气端分别与不同刚性筛板11上的流通道112连通。排气管43靠近活塞筒40的一侧上设有单向排气阀431，活塞筒40上设有单向进气阀，当活塞筒40内的压强增大时，单向排气阀431自动打开，活塞筒40内的气体能够通过排气管43排出；当活塞筒40内的压强减少时，单向进气阀自动打开，外界的气体能够补充到活塞筒40内。

使用研磨设备时，将待研磨的物料放入传送筒20内，转动密封板90，使密封板90将出料管80的进料口封闭，而循环管53的进料口打开。启动电机30，电机30带动转轴70、转轴70上的粗磨筒50、研磨部和托盘72一同转动，与此同时，电机30还通过链传动的方式带动传动杆21上的螺旋叶片211转动，螺旋叶片211将物料向循环管53进料口的方向输送，物料通过循环管53进入粗磨筒50。由于工作过程中粗磨筒50不断转动，粗磨筒50内的物料和粗磨球52在粗磨筒50的作用下不断的搅拌、翻转，粗磨球52对物料有一个初步碾压、研磨的作用，研磨合格的物料通过出料口51落在托盘72上，托盘72上的碾压球对物料再一次碾压，粒径合格的物料通过通口落在刚性筛板11上，然后通过刚性筛板11上的漏料孔111继续向下转移。

物料落在刚性筛板11上时，研磨部不断的对物料进行搅拌，同时研磨部上的滚动磨球61在随研磨部转动时会在刚性筛板11上滚动，滚动磨球61滚动的过程中挤压、碾磨刚性筛板11上的物料，使物料的粒径变小。研磨部转动时会与碰撞球发生碰撞，碰撞球能够震落粘附在滚动磨球61上的粉末。研磨合格的物料最终落在隔板12上，在重力作用下沿隔板12下滑，物料能够通过转移口22进入传送筒20内，螺旋叶片211再次将物料输送到研磨筒10内，物料在研磨筒10、传送筒20之间循环流动。

在托盘72转动的过程中，托盘72上的碾压球在离心力的作用下朝研磨筒10的侧壁运动，部分碾压球撞击在活塞42上，对活塞42施加作用力，使活塞42克服弹簧41的作用力而向活塞筒40的内部运动，活塞筒40内的压强增大，单向排气阀431自动打开，活塞筒40内的气体依次通过排气管43、支气管、流通道112最后从漏料孔111吹出，吹出的气体能够防止漏料孔111堵塞，避免出料不顺畅。

物料研磨一定时间后，转动密封板90，使密封板90将循环管53的进料口封闭，而出料管80的进料口打开，最终研磨后的物料通过出料管80排出。

实施例2

本实施例公开了一种建材用粉末涂料，包括以下质量份数的原料：环氧树脂54份，聚脂树脂35份，聚醚砜树脂20份，颜料20份，填料18份，流平剂0.8份，固化剂10份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土10份、石墨烯15份、金属陶瓷微粒5份、纳米二氧化硅10份和炭黑4份。其中颜料包括有机颜料和无机颜料，有机颜料选用大红，无机颜料选用氧化铁红。

上述一种建材用粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：准备以下质量份数的原料，环氧树脂54份，聚脂树脂35份，聚醚砜树脂20份，颜料20份，填料18份，流平剂0.8份，固化剂10份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土10份、石墨烯15份、金属陶瓷微粒5份、纳米二氧化硅10份和炭黑4份。

(2)将填料放置在零下20℃下冷冻4h；将冷冻后的填料取出放入研磨设备中进行研磨，研磨30min，研磨过程中进行磁化处理。

(3)将树脂分为两部分，其中一部分占树脂总量的1/3；先往研磨设备加入一部分树脂与填料一同研磨6min；加入流平剂、固化剂一同研磨4min；加入颜料一同研磨5min；最后加入剩余树脂研磨9min，得到混合粉末。

(4)将混合粉末加入到双螺杆挤出机熔融挤出、压辊压片，挤出机ⅰ区温度控制在90-95℃，挤出机ⅱ区温度控制在108-115℃；

(5)将步骤(4)中得到的物料加入到磨粉机中磨成粉末、筛网过滤，得到粉末涂料；磨粉机主磨的转速为40-50r/min，磨粉机副磨的转速为20-30r/min，筛网为180-200目。

实施例3

本实施例公开了一种建材用粉末涂料，包括以下质量份数的原料：环氧树脂52份，聚脂树脂35份，聚醚砜树脂25份，颜料22份，填料16份，流平剂0.6份，固化剂12份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土8份、石墨烯16份、金属陶瓷微粒6份、纳米二氧化硅12份和炭黑4份。其中颜料包括有机颜料和无机颜料，有机颜料选用酞菁蓝和酞菁绿，无机颜料选用氧化铁黄。

上述一种建材用粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：准备以下质量份数的原料，环氧树脂52份，聚脂树脂35份，聚醚砜树脂25份，颜料22份，填料16份，流平剂0.6份，固化剂12份。填料包括以下质量份数的原料：纳米粘土8份、石墨烯16份、金属陶瓷微粒6份、纳米二氧化硅12份和炭黑4份。

(2)将填料放置在零下18℃下冷冻5h；将冷冻后的填料取出放入研磨设备中进行研磨，研磨35min，研磨过程中进行磁化处理。

(3)将树脂分为两部分，其中一部分占树脂总量的1/4；先往研磨设备加入一部分树脂与填料一同研磨5min；加入流平剂、固化剂一同研磨5min；加入颜料一同研磨5min；最后加入剩余树脂研磨9min，得到混合粉末。

(4)将混合粉末加入到双螺杆挤出机熔融挤出、压辊压片，挤出机ⅰ区温度控制在80-90℃，挤出机ⅱ区温度控制在100-110℃。

(5)将步骤(4)中得到的物料加入到磨粉机中磨成粉末、筛网过滤，得到粉末涂料；磨粉机主磨的转速为40-50r/min，磨粉机副磨的转速为20-30r/min，筛网为180-200目。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于：本对比例原料中不加入炭黑。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于：本对比例原料中不加入金属陶瓷微粒。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于：本对比例原料中不加入石墨烯。

对比例4

对比例4与实施例1的区别在于：本对比例原料中不加入石墨烯和金属陶瓷微粒。

对比例5

对比例5与实施例1的区别在于：本对比例制备步骤(2)中不对填料进行冷冻处理。

对实施例1-实施例3、对比例1-4中制备得到的粉末涂料以及由上述粉末涂料形成的涂层进行测试，得到的数据如表1所示：

表1

说明：

1、粉末存储稳定性评价分0级、1级、2级、3级，0级表示无任何改变；1级表示有轻微的结块，粉末的结块易粉碎；2级表示有较重的结块，粉末的结块需用手压经过粉碎；3级表示团聚现象相当严重，粉末的结块需要用机械力才能粉碎，粉末的结块需用手压经过粉碎。

2、关于渗透性的指标，粉末涂料的渗透性越高，分数越高。

结论：

1、根据表1中实施例1-3的数据可知，本发明申请的粉末涂料储存稳定性好、附着力佳(附着力＜1级)、抗冲击强度高、耐腐蚀性能好，可以很好的满足实际需求。

2、将实施例1与对比例1的数据进行比对，对比例1中的涂层光泽度、抗冲击强度、耐老化性等性能下降，可得出结论：炭黑具有改善产品的着色以及抗紫外线的性能，加入炭黑能够减弱紫外线对涂层作用，延缓老化。炭黑与纳米粘土、纳米二氧化硅等配合，还能够增强涂层的静态力学性能,提高涂层的热稳定性、耐热空气老化性能。

3、将实施例1与对比例2的数据进行对比，对比例2中的涂层抗冲击强度、耐酸性、耐腐蚀性等性能下降，由此可得出结论：加入金属陶瓷微粒可明显改善涂料的耐机械冲击等性能。

4、将实施例1与对比例3的数据进行对比，对比例3中的涂层耐腐蚀性明显降低，由此可得出结论：加入石墨烯可明显改善涂料的抗腐蚀性。

5、比较实施例1与对比例4、对比例2与对比例4、对比例3与对比例4的数据，对比例4中涂层的腐蚀速度明显高于实施例1，也明显高于对比例2、对比例3中试片的腐蚀速度，由此可推断：石墨烯与金属陶瓷微粒复配使用有利于改善涂料的抗腐蚀性，而且石墨烯与金属陶瓷微粒复配并非两者抗腐蚀性能的简单叠加，石墨烯与金属陶瓷微粒具有协同效应，可显著改善涂料的抗腐蚀性。

6、对比实施例1与对比例5的数据，对比例5中的涂层的各项性能明显均低于实施例1的涂层，由此可知，低温冷冻后对填料进行研磨，有利于填料的粉碎，使研磨的效果更好，填料能够较好的均匀分散在物料中。