一种水性氟碳涂料及其制备方法技术领域
本发明涉及一种氟碳涂料，特别涉及一种水性氟碳涂料。
背景技术
氟碳涂料是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料，又称氟碳漆、氟涂料、氟树脂涂料等。
经过几十年的快速发展，氟碳涂料在建筑、化学工业、电器电子工业、机械工业、航空航天
产业、家庭用品的各个领域得到广泛应用。目前，建筑上尤其铝型材最常用的氟碳涂料是一
种以PVDF树脂为主要原材料，在工厂喷涂、烘烤在构件上的涂料。实践证明，在预期的使用
寿命内，多数情况下这种面层涂料具有长期的色彩和光泽保持功能。
随着人们生活水平的提高和环保要求的愈加严格，对建筑涂料、油漆、PVDF涂料提出了
更高的要求。要求建筑涂料不仅具有装饰功能，而且，在国内还要求VOC值小于420。
目前，普遍使用的油性PVDF氟碳涂料，虽然具有装饰、长寿命等功能，但VOC值远远大
于420。而目前市场水性氟碳涂料又基本为常温干燥且为水泥和大理石基材，很难替代油性
PVDF氟碳涂料。
发明内容
本发明的目的是：解决上述问题，提供一种低VOC的水性氟碳涂料及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种水性氟碳涂料，所述涂料包含以下组分：
A)SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶，其中：
x不为0；
z不为0；
x+(y+z)/2＝2；和
R表示具有2-9个碳原子的直链或支链烷基，优选具有3-6个碳原子的直链或支链烷基，
更优选正丁基；
和
B)成膜组分；
其中以二氧化硅计的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶与成膜组分的重量比为1:15-85，优选为
1:20-65，更优选为1:25-50，例如1:25、1:26、1:27、1:28、1:29、1:30、1:31、1:32、
1:33、1:34、1:35、1:36、1:37、1:38、1:39、1:40、1:41、1:42、1:43、1:44、1:45、
1:46、1:47、1:48、1:49、1:50。
本发明另一方面提供了一种制备涂料的方法，所述方法包括以下步骤：
1)搅拌下将醇溶液滴加到正硅酸乙酯Si(OR)4中获得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶，其中：
x不为0；
z不为0；
x+(y+z)/2＝2；和
R表示具有2-9个碳原子的直链或支链烷基，优选具有3-6个碳原子的直链或支链烷基，
更优选正丁基；
所述醇溶胶的SiOx(OH)y(OR)z微细粒子的粒径为1-10nm；
其中：
醇溶液为乙醇、丙醇或丁醇的水溶液；
正硅酸乙酯与醇溶液中水的摩尔比为1:0.1-5，优选为1:0.2-4，更优选为1:0.3-3；和
滴加速度为0.2-8ml/min，优选为0.3-6ml/min，更优选为0.5-3ml/min；
和
2)将SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶、成膜组分、任选的颜料和填料以及任选的助剂在溶剂中混合，
其中以二氧化硅计的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶与成膜组分的重量比为1:15-85，优选为
1:20-65，更优选为1:25-50。
本发明所述溶剂为水。
本发明所述成膜组分为氟碳树脂，其实例为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯
共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-偏氟乙烯-
丙烯酸共聚物等。优选本发明所用氟碳树脂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四
氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-偏氟乙烯-丙烯酸共聚物。
本发明具有积极的效果：
在本发明涂料中，由于二氧化硅以粒径为约1-10nm的没有完全水解的缩合SiOx(OH)y(OR)z
微细粒子形式存在，由于铝型材表面含有-OH集团容易和SiOx(OH)y(OR)z微细粒子水解后
SI-OH发生脱水反应，而SiOx(OH)y(OR)z微细粒子与水性氟碳涂料中OH也发生脱水反应，
则与水性氟碳涂料主树脂交联，这样才可以增加附着力同时主树脂中含有硅元素可以提高漆
膜的硬度和抗划伤性能。根据GB/T23986-2009中10.4要求，测得其挥发性有机物(VOC)含
量[施工状态]小于2g/L；参照油性PVDF氟碳涂料检测标准GB/T5237.5-2000的要求，测
得铅笔硬度(擦伤)≥F；附着力≤0级；耐磨性≥2.8L/μm。
具体实施方式
(实施例1)
将219.2g正硅酸乙酯加入反应釜中，然后，在250rpm的搅拌速度下，以3ml/min的滴加
速度将0.5体积％的100ml的乙醇溶液加入反应釜中，滴加完毕后继续搅拌15分钟，获得无
色透明的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶。粒度仪测量结果表明所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶的
SiOx(OH)y(OR)z微细粒子的粒径为1-6nm。将聚偏氟乙烯分散在水中形成氟碳树脂分散体系。
将所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶加入氟碳树脂分散体系中,再加入消泡剂(市售，德国毕克
BYK-141)，流平剂(市售，德国毕克BYK-333)并混匀获得本发明涂料。将所得涂料喷涂
于铝材上获得厚度为约30微米的涂膜，待漆膜表面干燥后，将浓度为1.5％(重量)的乙酸
水溶液喷雾在涂膜上，并将涂膜放置在环境条件中，以使其中的SiOx(OH)y(OR)z微细粒子进一
步水解成二氧化硅纳米粒子。对最终所得涂层进行测试，所得结果见表1。
(实施例2)
将288.9g正硅酸乙酯加入反应釜中，然后，在250rpm的搅拌速度下，以0.3ml/min的滴
加速度将0.25体积％的100ml的丙醇溶液加入反应釜中，滴加完毕后继续搅拌15分钟，获得
无色透明的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶。粒度仪测量结果表明所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶的
SiOx(OH)y(OR)z微细粒子的粒径为1-6nm。将聚偏氟乙烯分散在水中形成氟碳树脂分散体系。
将所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶加入氟碳树脂分散体系中,再加入消泡剂(市售，德国毕克
BYK-141)，流平剂(市售，德国毕克BYK-333)并混匀获得本发明涂料。将所得涂料喷涂
于铝材上获得厚度为约30微米的涂膜，待漆膜表面干燥后，将浓度为1.5％(重量)的乙酸
水溶液喷雾在涂膜上，并将涂膜放置在环境条件中，以使其中的SiOx(OH)y(OR)z微细粒子进一
步水解成二氧化硅纳米粒子。对最终所得涂层进行测试，所得结果见表1。
(实施例3)
将2080g正硅酸乙酯加入反应釜中，然后，在250rpm的搅拌速度下，以4ml/min的滴加
速度将0.25体积％的50ml的丙醇溶液加入反应釜中，滴加完毕后继续搅拌15分钟，获得无
色透明的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶。粒度仪测量结果表明所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶的
SiOx(OH)y(OR)z微细粒子的粒径为3-9nm。将偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物分散在水中形成氟碳树
脂分散体系。将所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶加入氟碳树脂分散体系中,再加入消泡剂(市售，
德国毕克BYK-141)，流平剂(市售，德国毕克BYK-333)并混匀获得本发明涂料。将所得
涂料喷涂于铝材上获得厚度为约30微米的涂膜，待漆膜表面干燥后，将浓度为1.5％(重量)
的乙酸水溶液喷雾在涂膜上，并将涂膜放置在环境条件中，以使其中的SiOx(OH)y(OR)z微细粒
子进一步水解成二氧化硅纳米粒子。对最终所得涂层进行测试，所得结果见表1。
(实施例4)
将288.9g正硅酸乙酯加入反应釜中，然后，在250rpm的搅拌速度下，以0.5ml/min的滴
加速度将0.25体积％的100ml的丙醇溶液加入反应釜中，滴加完毕后继续搅拌15分钟，获得
无色透明的SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶。粒度仪测量结果表明所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶的
SiOx(OH)y(OR)z微细粒子的粒径为1-6nm。将聚偏氟乙烯分散在水中形成氟碳树脂分散体系。
将所得SiOx(OH)y(OR)z醇溶胶加入氟碳树脂分散体系中,再加入消泡剂(市售，德国毕克
BYK-141)，流平剂(市售，德国毕克BYK-333)并混匀获得本发明涂料。将所得涂料喷涂
于铝材上获得厚度为约30微米的涂膜，待漆膜表面干燥后，将浓度为5％(重量)的甲酸水
溶液喷雾在涂膜上，并将涂膜放置在环境条件中，以使其中的SiOx(OH)y(OR)z微细粒子进一步
水解成二氧化硅纳米粒子。对最终所得涂层进行测试，所得结果见表1。
根据GB/T23986-2009中10.4要求，测得其挥发性有机物(VOC)含量[施工状态]小于
2g/L；参照油性PVDF氟碳涂料检测标准GB/T5237.5-2000的要求，测得铅笔硬度(擦伤)
≥F；附着力≤0级；耐磨性≥2.8L/μm。
VOC(g/L)
铅笔硬度(擦伤)
附着力
耐磨性(L/μm)
|
实施例1
1.95
H
0
2.9
实施例2
1.98
F
1
2.9
实施例3
1.85
H
1
2.8
实施例4
1.90
H
0
3,0
|
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，
所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明
的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之
内。