基于载流子控制技术的聚氨酯桔形漆的制备方法.pdf

本发明涉及一种基于载流子控制技术的聚氨酯桔形漆的制备方法。该方法是将Na2CO3、Na2SO4或BaSO4中的一种矿物盐研磨成纳米粉体，然后配制成悬浮液，同时调节pH值为7.0～8.0，静置、抽滤、烘干；对纳米粉体进行三元乙丙橡胶包覆处理，纳米粉体与三元乙丙橡胶的质量比1∶3～7；将纳米粉体与聚氨酯桔形漆的质量比为2∶98～8∶92进行混合，球磨38～48小时。随着载流子密度的降低，桔形漆

1.  一种基于载流子控制技术的聚氨酯桔形漆的制备方法，是通过在聚氨酯桔形漆中加入纳米活性粉体来进行改性，其特征在于该方法的具体操作步骤如下：
1)采用高速球磨机将成份为Na₂CO₃、Na₂SO₄或BaSO₄中的一种矿物盐研磨成纳米粉体，粒径保持在10～100nm范围内，然后将纳米粉体配制成10～25％(wt％)的悬浮液，同时调节pH值为7.0～8.0，静置4～5小时后进行抽滤，接着将所得滤饼在300～400℃下烘干，直到滤饼变为干燥的白色细晶态物质，即得纳米粉体；
2)对步骤1所得的纳米粉体进行包覆处理，以三元乙丙橡胶作为包覆剂，其中纳米粉体与三元乙丙橡胶的质量比1∶3～7；
3)将步骤2所得的纳米粉体与聚氨酯桔形漆混合，纳米粉体与聚氨酯桔形漆的质量比为2∶98～8∶92，置于球磨机内球磨38～48小时，最终制得纳米粉体改性的聚氨酯桔形漆。

基于载流子控制技术的聚氨酯桔形漆的制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯桔形漆技术领域，是一种基于载流子控制技术的改性聚氨酯桔形漆的制备方法。
背景技术
桔形漆是近几年国际上流行的新型美术漆品种之一，它花纹美观、色彩柔和。和其它热固性涂料相比，工艺简单；由于其表面漫反射的原因，又起到了遮盖缺陷的作用。桔形漆通常应用于计算机、打字机、缝纫机、仪器仪表等轻工产品的表面涂装。
桔形花纹由于凸凹不平的缘故，光线在其表面形成漫反射，对眼睛的刺激就减轻了许多。而普通烘漆则由于表面光滑，光泽度较高，对眼睛的刺激就很厉害。桔形漆在喷完底漆后，只需喷二遍半成品和成品漆即可，而普通烘漆则在处理完底漆后，需要喷7～8遍半成品和成品漆，且每两遍漆之间都需要烘干，这样桔形漆不仅简化了工艺，而且节约了能源。
桔形漆的主要成膜物质是无油醇酸树脂和氨基树脂按一定比例而成的，在烘烤过程中，两者发生了交联聚合作用，结果使其固化后的涂膜具有下述特性：(1)交联聚合时间短；(2)溶解性好，在甲苯系列和醇类溶剂中的溶解性均好；(3)经合理的工艺勾兑后，其涂层表面具有柔和而美观的舒适感。
在中国现在还未发现关于改性聚氨酯桔形漆的专利申请，本发明通过纳米粒子掺杂进行桔形漆改性，运用载流子控制技术来改善桔形漆的各项性能。
发明内容
本研究发明的目的是运用载流子控制技术来制备改性聚氨酯桔形漆。提供载流子密度低，耐热耐水性、耐腐蚀性、表干速度等性能高的聚氨酯桔形漆的制备方法，从而使得桔形漆的实际运用价值也得到提高。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于载流子控制技术的聚氨酯桔形漆的制备方法，是通过在聚氨酯桔形漆中加入纳米活性粉体来进行改性，其特征在于该方法的具体操作步骤如下：
1)采用高速球磨机将成份为Na₂CO₃、Na₂SO₄或BaSO₄其中之一的矿物盐研磨成纳米粉体，粒径保持在10～100nm范围内，然后将纳米粉体配制成10～25％(wt％)的悬浮液，同时调节pH值为7.0～8.0，静置4～5小时后进行抽滤，接着将所得滤饼在300～400℃下烘干，直到滤饼变为干燥的白色细晶态物质，即得纳米粉体。
2)对步骤1所得的纳米粉体进行包覆处理，以三元乙丙橡胶作为包覆剂，其中纳米粉体与三元乙丙橡胶的质量比1∶3～7。
3)将步骤2所得的纳米粉体与聚氨酯桔形漆混合，放于球磨机内球磨38～48小时，最终制得纳米粉体改性桔形漆，所述的纳米粉体与桔形漆的混合质量比为2∶98～8∶92。
纳米掺杂改性后的桔形漆的载流子密度的测试，其具体步骤如下：
1)，以低碳棒为测试电极基材，经环氧树脂密封后，取其中一个平整表面作为工作面，采用细金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。将纳米改性桔形漆涂料均匀涂于制备好的测试电极工作面上，涂层厚度控制在(25±2mm)，将涂敷的电极40℃恒温干燥15d，即得测试电极。
2)，然后将待测电极浸泡入由分析纯试剂和去离子水配制的10％Na₂SO₄溶液，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，在电脑控制的CHI660C电化学工作站上进行电位-电容测试，然后将数据绘制Mott-Schottky分析图，并根据Mott-Schottky关系式：
P型：1Csc2=2ϵϵ0eND(-U+Ufb-kTe)]]>
N型：1Csc2=2ϵϵ0eND(ΔUSC-kTe)=2ϵϵ0eND(U-Ufb-kTe)]]>
其中，Csc为空间电荷层电容，ε为有机涂层材料的介电常数(19.547×10^-13F/m)，ε₀为真空介电常数(为8.854×10^-12F/m)，e为电子电量，N_D为载流子密度，U为外加电位，U_fb为平带电位，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度；因此，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率即可求出改性桔形漆涂层载流子密度N_D。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的技术内容。
实施例1
本实施例采用Na₂CO₃的天然矿物盐纳米粉体来改性桔形漆，首先采用高速球磨方法球磨Na₂CO₃的天然矿物盐，控制粒径为50nm，并制成10％(wt％)的悬浮液，搅拌均匀后调节悬浮液pH值为7.0，静置4小时，接着进行抽滤，然后将滤饼在350℃下烘干后粉碎，即可得天然钠盐纳米粉体。对纳米粉体进行包覆处理，控制粉体与三元乙丙橡胶的质量比为1∶4，然后称取1.5g纳米粉体，与36g桔形漆混合。经40小时球磨后，即可得到纳米改性的桔形漆。然后进行载流子密度的测试，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率求出本实施例涂层载流子密度N_D。并同时测量该桔形漆的表干时间，观测流平情况及桔形点形貌，将数据填入表1。
实施例2
本实施例采用Na₂SO₄的天然矿物盐纳米粉体来改性桔形漆，首先采用高速球磨方法球磨Na₂SO₄的天然矿物盐，控制粒径为60nm，制成15％(wt％)的悬浮液，搅拌均匀后调节悬浮液pH值为8.0，静置5小时，接着进行抽滤，然后将滤饼在400℃下烘干后粉碎，即可得天然钠盐纳米粉体。对纳米粉体进行包覆处理，控制粉体与三元乙丙橡胶的质量比为1∶5，然后称取2.1g纳米粉体，与36g桔形漆混合。经40小时球磨后，即可得到纳米改性的桔形漆。然后进行载流子密度的测试，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率求出本实施例涂层载流子密度N_D。并同时测量该桔形漆的表干时间，观测流平情况及桔形点形貌，将数据填入表1。
实施例3
本实施例采用BaSO₄的天然矿物盐纳米粉体来改性桔形漆，首先采用高速球磨方法球磨BaSO₄的天然矿物盐，控制粒径为70nm，制成20％(wt％)的悬浮液，搅拌均匀后调节悬浮液pH值为7.0，静置4小时，接着进行抽滤，然后将滤饼在300℃下烘干后粉碎，即可得天然钠盐纳米粉体。对纳米粉体进行包覆处理，控制粉体与三元乙丙橡胶的质量比为1∶6，然后称取1.8g纳米粉体，与36g桔形漆混合。经40小时球磨后，即可得到纳米改性的桔形漆。然后进行载流子密度的测试，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率求出本实施例涂层载流子密度N_D。并同时测量该桔形漆的表干时间，观测流平情况及桔形点形貌，将数据填入表1。
实施例4
本实施例采用BaSO₄的天然矿物盐纳米粉体来改性桔形漆，首先采用高速球磨方法球磨BaSO₄的天然矿物盐，控制粒径为20nm，制成10％(wt％)的悬浮液，搅拌均匀后调节悬浮液pH值为7.0，静置5小时，接着进行抽滤，然后将滤饼在300℃下烘干后粉碎，即可得天然钠盐纳米粉体。对纳米粉体进行包覆处理，控制粉体与三元乙丙橡胶的质量比为1∶7，然后称取2.5g纳米粉体，与36g桔形漆混合。经40小时球磨后，即可得到纳米改性的桔形漆。然后进行载流子密度的测试，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率求出本实施例涂层载流子密度N_D。并同时测量该桔形漆的表干时间，观测流平情况及桔形点形貌，将数据填入表1。
实施例5
本实施例采用Na₂CO₃的天然矿物盐纳米粉体来改性桔形漆，首先采用高速球磨方法球磨Na₂CO₃的天然矿物盐，控制粒径为40nm，制成20％(wt％)的悬浮液，搅拌均匀后调节悬浮液pH值为8.0，静置5小时，接着进行抽滤，然后将滤饼在400℃下烘干后粉碎，即可得天然钠盐纳米粉体。对纳米粉体进行包覆处理，控制粉体与三元乙丙橡胶的质量比为1∶4，然后称取2.7g纳米粉体，与36g桔形漆混合。经40小时球磨后，即可得到纳米改性的桔形漆。然后进行载流子密度的测试，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率求出本实施例涂层载流子密度N_D。并同时测量该桔形漆的表干时间，观测流平情况及桔形点形貌，将数据填入表1。
表1改性聚氨酯桔形漆载流子浓度与其各性能间的关系