一种防粘聚四氟乙烯涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种防粘聚四氟乙烯涂料及其制备方法，属于聚四氟乙烯涂料的制备领域。

背景技术：

1、聚四氟乙烯是一种热塑性高分子材料，是由四氟乙烯单体聚合而成的无味无毒的白色粉末，具有化学稳定性、耐高低温性、耐侯性、不燃性、不粘性、润滑性、电绝缘性等一系列优点。由于聚四氟乙烯材料摩擦系数极低，具有特殊的不粘性，被广泛应用于防粘性涂料。但是也正因这个特性使得聚四氟乙烯作为涂料很难附着在金属表面。因而提高聚四氟乙烯涂料对金属的附着性又能保持聚四氟乙烯表面的防粘性是聚四氟乙烯防粘涂料发展的关键。

2、目前，工业生产所用的解决此类问题的方法有向体系中加入粘结剂、和其他高分子材料进行复配、打底漆进行二层或多层的涂覆。在聚四氟乙烯防粘涂料的开发和使用中，粘结剂和助剂被大量应用。磷酸和钼酸作为早期的粘结剂，由于其中所含铬离子的毒性，近些年已经很少使用。近年来，钛、锆等有机螯合物和聚苯硫醚等工程塑料被广泛作为聚四氟乙烯的粘结剂。但是直接使用或单独使用并不能达到防粘且耐磨的理想效果。

3、专利cn104592824a公开了一种对离心泵壳具有良好附着性的改性聚四氟乙烯涂料的配方、制备方法及应用，该配方包括以下原料：聚四氟乙烯树脂、聚苯硫醚、有机硅树脂、乙二醇单丙醚、滑石粉、石英粉、气相二氧化硅、环氧大豆油、钛酸酯偶联剂、碳酸钙、聚二甲基硅氧烷、二月桂酸二丁基锡、增韧剂、丙烯酸流平剂、改性磷酸锌、三聚磷酸铝、甲基异丁基酮、二甲苯，此发明的配方复杂，固体无机物含量较多，容易在涂料使用过程中与外界发生物理化学反应而变质，影响涂料稳定性和使用寿命。

4、专利cn102453407a公开了一种用于油管接头的喷涂式聚四氟乙烯防粘涂料的制备方法，该配方包括以下原料：聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化钼、聚乙烯吡咯烷酮和水，其中聚四氟乙烯粉颗粒<0.2μm，二硫化钼的粉末颗粒≤0.05μm。此发明的防粘涂料以及涂覆方法，能够方便地控制涂层的结合强度以及防粘性能，涂覆工艺简单，操作容易，便于工业化实施，但是此发明对聚合物微粒的尺寸控制严格，聚四氟乙烯微粒的尺寸控制在0.2μm以下不利于前期制备，同时细小的微粒容易被人体吸入造成健康问题。

5、针对目前存在的技术问题，开发一种合成方法简便、成分稳定、防粘、耐磨的聚四氟乙烯涂料很有现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种防粘聚四氟乙烯涂料及其制备方法。本发明的聚四氟乙烯涂料制备工艺简单，无需进行繁琐的生产加工，能大大节省生产时间。该涂料保留了聚四氟乙烯涂料本身的防粘性能的同时还提高了其在金属表面的附着力，此外还具有较好的耐磨性和耐候性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供了一种防粘聚四氟乙烯涂料，按照重量份数计，每份包括以下原料：80-100份聚四氟乙烯乳液、20-30份改性聚苯硫醚、10-20份改性石墨烯、5-10份硅烷偶联剂、1-3份正硅酸四乙酯、2-5份助剂、5-10份水。

4、本发明对所述聚四氟乙烯乳液的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述聚四氟乙烯乳液购自广州松柏化工有限公司。

5、在一些实施方式中，所述改性聚苯硫醚的结构式为：

6、

7、在一些实施方式中，所述改性聚苯硫醚的制备方法包括如下步骤：

8、将聚苯硫醚粉末与二氯甲烷混合，加入4-甲氧基苯乙酰，室温下搅拌5-20min后加入三氯化铝，反应完成后，加入稀盐酸水溶液淬灭反应，用无水乙醇抽提1-4h，用蒸馏水冲洗沉淀至中性，干燥，得到改性聚苯硫醚。

9、优选地，所述改性聚苯硫醚的制备方法包括如下步骤：

10、将聚苯硫醚粉末与二氯甲烷混合，加入4-甲氧基苯乙酰，室温下搅拌10min后加入三氯化铝，反应完成后，加入稀盐酸水溶液淬灭反应，用无水乙醇抽提2h，用蒸馏水冲洗沉淀至中性，干燥，得到改性聚苯硫醚。

11、聚苯硫醚是一种应用十分广泛的工程性材料，常用作聚四氟乙烯的粘结剂，但是单独使用聚苯硫醚作为防粘剂并不能使聚四氟乙烯材料同时具有良好的吸附力和防粘性能。

12、申请人发现向聚苯硫醚分子苯环的间位引入4-甲氧基苯乙酰基团可以提高聚苯硫醚的综合性能。这是因为，改性聚苯硫醚中引入的羰基和醚基，使得氧原子中的孤电子对和金属表面离子发生配位作用，从而改变了金属的表面性质，在增大聚四氟乙烯涂料与金属表面吸附力的同时也保持了自身的防粘性，引入4-甲氧基苯乙酰基团增大了聚苯硫醚的相对分子质量，使涂料变硬，从而增强了聚四氟乙烯涂料的耐磨性能。

13、在一些实施方式中，所述4-甲氧基苯乙酰氯、无水三氯化铝与聚苯硫醚粉末的质量比为(0.5-1)：(0.4-0.8)：1。

14、优选地，所述4-甲氧基苯乙酰氯、无水三氯化铝与聚苯硫醚的质量比为0.7：0.6：1。

15、在一些实施方式中，所述改性石墨烯包括如下制备步骤：

16、将al2o3和石墨烯放入反应器中，在反应器中加入月桂酸和高碱值磺酸钙，罐内通入氮气，球磨，离心，将得到的底部沉淀物在真空下干燥，即得改性石墨烯。

17、石墨烯具有优异的抗磨减摩性能，能够显著降低摩擦系数。但是由于石墨烯片层之间存在范德华力，促使分子层之间容易发生团聚，不利于石墨烯的分散，导致片层增厚，影响聚四氟乙烯涂料的品质。

18、申请人发现以月桂酸作为石墨烯的表面改性剂，增大石墨烯在有机溶剂中的分散性，同时也能使金属与聚四氟乙烯涂料之间的表面性能发生改变，从而增大金属与涂料之间的表面吸附力，以高碱值磺酸钙和al2co3来改性石墨烯，改性后的石墨烯具有强碱性，和良好的抗磨性，添加到聚四氟乙烯涂料中使涂料具有碱性，能抵御酸性物质对金属的腐蚀，具有抗腐蚀性。

19、高碱值磺酸钙具有清洁性和酸中和性，使金属具有更好的耐腐蚀性。此外，改性石墨烯的摩擦系数低，能增强聚四氟乙烯涂料表面的防粘性，al2o3能提高防粘聚四氟乙烯涂料的耐磨性和耐高温的性能。

20、在一些实施方式中，所述al2o3与石墨烯的质量比为(5-8)：1。

21、优选地，所述al2o3与石墨烯的质量比为7：1。

22、优选地，al2o3、月桂酸和高碱值磺酸钙的比值为5-10g:100-200ml。

23、在一些实施方式中，所述球磨的转速为500-600rpm，球磨的时间为1-2h。

24、优选地，所述球磨转速为550rpm，球磨时间1.5h。

25、在一些实施方式中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中任意一种。

26、优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

27、在一些实施方式中，所述助剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基羧酸钠。

28、优选地，所述助剂为十二烷基苯磺酸钠。

29、本发明的第二方面提供了一种防粘聚四氟乙烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

30、(1)按对应的重量份称取各组分原料；

31、(2)将5-10份硅烷偶联剂、1-3份正硅酸四乙酯、80-100份聚四氟乙烯乳液混合后，升温至60-80℃，搅拌反应3-5h，得到乳液；

32、(3)将10-20份改性石墨烯、20-30份改性聚苯硫醚、2-5份助剂和5-10份水与(2)得到的乳液搅拌均匀，即得防粘耐磨聚四氟乙烯涂料。

33、优选地，所述的防粘聚四氟乙烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

34、(1)按对应的重量份称取各组分原料；

35、(2)将8份硅烷偶联剂、2份正硅酸四乙酯、90份聚四氟乙烯乳液混合后，升温至70℃，搅拌反应4h，得到乳液；

36、(3)将15份改性石墨烯、25份改性聚苯硫醚、3份助剂和6份水与(2)得到的乳液搅拌均匀，即得防粘耐磨聚四氟乙烯涂料。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

38、1、本发明的聚四氟乙烯涂料制备方法简单，具有良好的表面附着力、防粘性、耐磨性和耐候性。

39、2、本发明的改性聚苯硫醚引入了羰基和醚基团，氧原子中的孤对电子和金属表面离子发生配位，改变金属的表面性能，从而增大聚四氟乙烯涂料对金属的表面附着力，改性聚苯硫醚相对分子量增大，增强了聚四氟乙烯涂料的硬度和耐磨性。

40、3、本发明的改性石墨烯以月桂酸为表面改性剂，增大了金属和聚四氟乙烯涂料的表面附着力；同时该改性石墨烯具有润滑作用，可以提高该涂料的表面润滑度；经al2o3粉末和高碱值磺酸钙改性的石墨烯使该材料具有良好的耐磨、耐高温和防腐性能。