高韧性抗冲击陶瓷涂料及其制备方法与流程

400转/min。
17.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤b所述硅氧烷为四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。
18.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤b所述硅氧烷占比20-30wt％，混合硅溶胶占比30-50wt％，二者共计60-75wt％。
19.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤c所述消泡剂为104e，所述分散剂为byk180。
20.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤c所述的分散剂占比1-3wt％，消泡剂占比1-2wt％，硅烷偶联剂占比5-6wt％。
21.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤d所述颜料为钛白粉、炭黑或氧化铁中的至少一种；所述填料为气相二氧化硅、氧化铝、高岭土、滑石粉、氧化锆或硼酸中的至少一种。
22.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤d所述颜料加入量为2-3wt％；填料加入量为8-15wt％。
23.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤d所述的高速球磨转速为800-1200r/min。
24.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤e所述增强型石墨烯加入量为0.1％-0.5wt％；晶须硅加入量为1-2wt％；钛酸酯偶联剂加入量为0-1wt％。
25.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤e、f所述的低速球磨转速为150-300r/min。
26.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤f所述螯合剂为acac。
27.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法中，步骤f所述的铝溶胶、螯合剂和附着力促进剂的加入量分别为0-10％、0-0.5％和0.5％wt％。
28.本发明还提供了一种上述制备方法直接制备得到的高韧性抗冲击陶瓷涂料。
29.本发明还提供了一种上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的使用方法，包括以下步骤：
30.a、前处理：将陶瓷涂料进行老化处理30-60min，将金属基材用百洁布打磨后，用水冲洗表面碎屑，再用酒精擦去表面油脂，待其干燥；
31.b、涂料喷涂：将涂料摇匀后喷涂在金属基材上，喷涂距离在15-25cm，喷涂厚度为20-40μm；
32.c、固化：将喷涂后的金属基材在40-50℃低温固化10-25min，缓慢升温到80-120℃，在80-120℃下固化10-15min。
33.其中，为了提高附着效果，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的使用方法中，步骤a所述干燥后，再在30-50℃下预热15min。
34.其中，上述高韧性抗冲击陶瓷涂料的使用方法中，步骤c固化采用常温固化，在常温下静置一天。
35.本发明的有益效果为：
36.本发明提供了一种高韧性抗冲击陶瓷涂料及其制备方法，通过在涂料中添加增强型石墨烯、晶须硅、钛酸酯偶联剂等原料，同时采用纤维增韧、晶界增韧、相变增韧等各种增韧方式相结合，得到一种高韧性抗冲击陶瓷涂料。该涂料喷涂厚度在30-40μm时也不会出现
开裂，且防火阻燃，相比现有涂料，极大的提高了无机涂料的韧性和附着力，为无机涂料的开发提供了一种新的可能，具有很好的实用价值。
具体实施方式
37.本发明提供了一种高韧性抗冲击陶瓷涂料及其制备方法，本发明的涂料成分中，加入了钛酸酯偶联剂解决了低浓度石墨烯发生团聚的问题；同时，通过加入增强型石墨烯和晶须硅进行横向增韧，减少了陶瓷涂层过脆易开裂的问题。
38.另外，本发明通过将不同粒径的硅溶胶混合，有效降低了固化温度，解决了溶胶凝胶法固化过程中开裂问题的发生。
39.本发明还通过加入螯合剂减缓了酸性铝溶胶在加入硅溶胶体系后不稳定的问题，延长了溶胶的保质期。引入了氧化铝有效提高了陶瓷涂层耐火、耐热性能以及附着力。
40.另外，本发明还加入了硼酸粉末，减小了热膨胀系数，在抗热震性上也较一般陶瓷涂料更强。
41.下面将通过实施例对本发明的具体实施方式进行解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
42.实施例1用本发明方法制备高韧性抗冲击陶瓷涂料
43.包括以下步骤：
44.(1)取12nm粒径，30％固含量的硅溶胶11份、20nm粒径，30％固含量的硅溶胶11份，加入冰醋酸1份，加入去离子水1.5份，加入乙醇2份，制得混合溶胶。
45.(2)取四乙氧基硅烷10份，甲基三乙氧基硅烷30份，混合后加入混合溶胶中，一边搅拌一边缓慢加入，转速由200r/min根据溶液高度升高慢慢调至400r/min，随后持续搅拌直至完全反应完，溶胶温度回到25℃，制得改性硅溶胶，整个过程大约30min。
46.(3)将1份104e消泡剂，2份byk190分散剂、5份kh560硅烷偶联剂加入改性硅溶胶，转速400r/min搅拌10min使其分散。
47.(4)先加入气相二氧化硅1.5份、硼酸2份，再加入二氧化钛3份、氧化铝3份、高岭土1.5份、滑石粉1份、氧化锆1份。转速400r/min搅拌10min使其稍微分散，然后转速1200r/min，球磨2h。
48.(5)先加入gr-311w钛酸酯偶联剂1份，然后加入增强型石墨烯0.5份和晶须硅2份，然后转速150r/min，球磨2h。
49.(6)先加入acac螯合剂0.5份，再加入粒径100nm，固含量40％的铝溶胶8份、6800附着力促进剂0.5份，转速150r/min，球磨1.5h，超声分散15min后过滤，得到高韧性抗冲击陶瓷涂料。
50.(7)将涂料老化30min，300目过滤后装入喷枪，在预处理好的表面喷涂后热固化，40℃烘烤25分钟，100℃烘烤15分钟，成膜厚度36μm。
51.实施例2用本发明方法制备高韧性抗冲击陶瓷涂料
52.实施例2的操作同实施例1，只是步骤(7)改为常温固化，室温24℃，成膜厚度34μm。
53.实施例3用本发明方法制备高韧性抗冲击陶瓷涂料
54.包括以下步骤：
55.(1)取20nm粒径，30％固含量的硅溶胶8份、100nm粒径，40％固含量的硅溶胶16份，
加入冰醋酸2份，加入去离子水1.5份，加入乙醇2份，制得混合溶胶。
56.(2)取四乙氧基硅烷14份，甲基三甲氧基硅烷28份，混合后缓慢加入混合溶胶中，并不断搅拌，直至完全反应完，溶胶温度回到25℃，制得改性硅溶胶。
57.(3)将1份104e消泡剂，2份byk190分散剂、6份kh560硅烷偶联剂加入改性硅溶胶，搅拌15min使其分散。
58.(4)先加入气相二氧化硅1.5份、硼酸2份，再加入二氧化钛3份、氧化铝5.5份、高岭土1.5份、滑石粉1份、氧化锆1份。转速400r/min搅拌30min使其稍微分散，然后转速800r/min，球磨4h。
59.(5)先加入gr-311w钛酸酯偶联剂1份，然后加入增强型石墨烯0.5份和晶须硅2份，然后转速150r/min，球磨4h。
60.(6)加入6800附着力促进剂0.5份，转速150r/min球磨2h，超声分散15min后过滤，得到高韧性抗冲击陶瓷涂料。
61.(7)喷涂后热固化，50℃烘烤15分钟，120℃烘烤10分钟，成膜厚度31μm。
62.实施例4用本发明方法制备高韧性抗冲击陶瓷涂料
63.实施例4的操作同实施例3，只是步骤(7)改为常温固化，室温24℃，成膜厚度33μm。
64.对比例1不加入增强增韧成分制备无机陶瓷涂料
65.包括以下步骤：
66.(1)取20nm粒径，30％固含量的硅溶胶8份、100nm粒径，40％固含量的硅溶胶16份，加入冰醋酸2份，加入去离子水1.5份，加入乙醇2份，制得混合溶胶。
67.(2)取四乙氧基硅烷14份，甲基三甲氧基硅烷28份，混合后缓慢加入混合溶胶中，并不断搅拌，直至完全反应完，溶胶温度回到25℃，制得改性硅溶胶。
68.(3)将1份104e消泡剂，2份byk190分散剂、6份kh560硅烷偶联剂加入改性硅溶胶，搅拌15min使其分散。
69.(4)先加入气相二氧化硅1.5份，再加入二氧化钛3份、氧化铝5.5份、高岭土1.5份、滑石粉1份，纳米二氧化硅3份。转速400r/min搅拌30min使其稍微分散，然后转速800r/min，球磨4h。
70.(5)加入水4份，然后转速150r/min，球磨4h。超声分散15min后过滤，得到高韧性抗冲击陶瓷涂料。
71.(6)喷涂后热固化，50℃烘烤15分钟，120℃烘烤10分钟，成膜厚度34μm。
72.对比例2不加入增强增韧成分制备无机陶瓷涂料
73.对比例2的操作同实施例3，只是步骤(6)改为常温固化，室温25℃，成膜厚度38μm。
74.对比例3以现有方法制备水性有机树脂陶瓷涂料
75.具体包括如下步骤：
76.(1)取20nm粒径，30％固含量的硅溶胶12份、20nm粒径，30％固含量的锆溶胶18份，加入气相二氧化硅1.5份，二氧化钛15份，去离子水3.5份，转速400r/min搅拌30min使其稍微分散，然后转速800r/min，球磨4h。
77.(2)加入15份丙烯酸树脂、byk-3560消泡剂1份，去离子水余量，转速160r/min搅拌1小时使其均匀混合，300目过滤。
78.(3)喷涂后热固化，50℃烘烤25分钟，120℃烘烤10分钟，成膜厚度31μm。
79.对实施例和对比例的涂料进行性能测定，得到如下表1所示的结果。
80.表1不同方法制备的陶瓷涂料性能表
[0081][0082]
由表1的结果可知：
[0083]
膜的厚度中，实施例和对比例没有太大的差别，涂层厚度在30-35μm时的硬度与附着力综合效果最好。厚度和喷涂工艺与固化工艺有关，固化速度过快则会导致开裂，影响硬度和附着力；固化温度过低则会导致膜致密性差，降低硬度和附着力。
[0084]
实施例的干膜硬度明显高于对比例2和3。干膜硬度与厚度和致密性有关，一般来说高温固化较常温固化硬度高，厚度越高硬度越高，但涂层硬度存在极限，达到30μm以后硬度其实接近于涂层硬度的极限。其次实施例4中的6h与实施例3的6h虽属于一个量级，但硬度肯定存在优劣，干膜硬度是以铅笔硬度为计量，偶尔存在硬度略微降低而铅笔硬度不变的情况。
[0085]
附着力测试的方法是以1mm间距的十一个刀片划出一百个正方格后以3m胶带粘贴撕下，观察剥落情况。0级为基本不剥落，1级大约为划痕处部分轻微锯齿状剥落。本发明中，各个实施例的附着力均显著优于对比例。
[0086]
对比例1未添加氧化锆、硼酸等降低热膨胀成分，也未添加石墨烯、晶须硅等增韧成分，但以高温固化提高了致密性，因而耐温变性能与实施例4相近。
[0087]
对比例3中的涂料含有聚氨酯有机成分，使其软、韧性好、附着力好，但其附着力测试中由于硬度不够导致边缘锯齿状，故附着力为1级，抗热震性能也有所提高，但硬度和耐候性能也弱于本技术。

技术特征：
1.高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、取大小硅溶胶混合后，调节ph值至2-3，加入去离子水和乙醇，制得混合硅溶胶；b、将硅氧烷缓慢加入步骤a得到的混合硅溶胶中，持续搅拌30-90min，直至硅溶胶温度变回室温，制得改性硅溶胶；c、将分散剂、消泡剂、硅烷偶联剂加入改性硅溶胶中，搅拌10-30min使其分散，得到有机硅溶胶；d、将颜料、填料加入有机硅溶胶中，搅拌10-30min使其分散，然后放入球磨机中，高速球磨2-4h；e、加入增强型石墨烯、晶须硅、钛酸酯偶联剂，低速球磨2-6h；f、加入螯合剂、铝溶胶和附着力促进剂，继续低速球磨1-2h使其均匀混合，然后超声过滤，得到高韧性抗冲击陶瓷涂料。2.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤a所述大小硅溶胶的混合比例为：重量比1-4:1。3.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤a中每25重量份的硅溶胶加入1重量份的去离子水和2重量份的乙醇。4.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤b所述硅氧烷为四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。5.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤b所述硅氧烷占比20-30wt％，混合硅溶胶占比30-50wt％，二者共计60-75wt％。6.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤c所述的分散剂占比1-3wt％，消泡剂占比1-2wt％，硅烷偶联剂占比5-6wt％。7.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤d所述颜料为钛白粉、炭黑或氧化铁中的至少一种；所述填料为气相二氧化硅、氧化铝、高岭土、滑石粉、氧化锆或硼酸中的至少一种。8.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤d所述颜料加入量为2-3wt％；填料加入量为8-15wt％。9.根据权利要求1所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤e所述增强型石墨烯加入量为0.1％-0.5wt％；晶须硅加入量为1-2wt％；钛酸酯偶联剂加入量为0-1wt％。10.权利要求1-9任一项所述的高韧性抗冲击陶瓷涂料的制备方法直接制备得到的高韧性抗冲击陶瓷涂料。

技术总结
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高韧性抗冲击陶瓷涂料及其制备方法。针对现有无机陶瓷涂料韧性不足，附着力较差等问题，本发明提供了一种高韧性抗冲击陶瓷涂料及其制备方法，通过在涂料中添加增强型石墨烯、晶须硅、钛酸酯偶联剂等原料，同时采用纤维增韧、晶界增韧、相变增韧等各种增韧方式相结合，得到一种高韧性抗冲击陶瓷涂料。该涂料喷涂厚度在30-40μm时也不会出现开裂，且防火阻燃，相比现有涂料，极大的提高了无机涂料的韧性和附着力。力。


技术研发人员：潘登 陈奕霖 李炜康
受保护的技术使用者：深圳前海石墨烯产业有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/31