一种水性氮化硼涂料及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明涉及耐高温涂料技术领域，更具体的说是涉及一种水性氮化硼涂料及其制备方法。
背景技术
二硫化钼涂料具有优异的高温润滑性，被广泛用汽车、医疗行业的各式紧固件或金属零件等。
在汽车领域，随着汽车发动机功率的提高，排气管的温度显著提高。普通的二硫化钼涂料一般耐温在400℃以下，而目前很多汽车厂家对排气管密封垫的耐温性能甚至达到了800℃以上，普通的二硫化钼涂料的耐热性已经不能满足排气管密封垫需求。同时，目前使用的汽车排气管密封垫二硫化钼涂料基本上是油性涂料，而且二硫化钼本身也有毒性，存在环保和安全的问题。
因此，如何开发一种安全环保水性氮化硼涂料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水性氮化硼涂料及其制备方法，以替代现有二硫化钼涂料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水性氮化硼涂料，包括以下重量份的原料：水性粘结剂20-30份、改性硅溶胶30-40份、氮化硼22-24份、玻璃粉2-5份、氟化钙1-2份和气相二氧化硅1-2份；
还包括助剂；以水性粘结剂、改性硅溶胶、氮化硼、玻璃粉、氟化钙和气相二氧化硅的重量之和计，助剂包括水性分散剂0.3%-1%、消泡剂0.5%-0.8%、成膜助剂5%-8%和pH调节剂0.01%-0.02%。
优选为：水性粘结剂20份、改性硅溶胶40份、氮化硼22份、玻璃粉3份、氟化钙1份和气相二氧化硅2份；
还包括助剂；以水性粘结剂、改性硅溶胶、氮化硼、玻璃粉、氟化钙和气相二氧化硅的重量之和计，所述包括水性分散剂0.3%、消泡剂0.5%、成膜助剂5%和pH调节剂0.01%。
进一步，上述水性粘结剂为纯丙乳液和/或硅丙乳液，固含量为40%。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选纯丙乳液和硅丙乳液可以与改性硅溶胶形成致密的高附着力的涂层，相比于醋丙乳液或苯丙乳液等其他水性乳液，耐水性、耐久性和耐沾污性能更加优良。
进一步，上述改性硅溶胶由硅溶胶加硅烷偶联剂进行改性制得。更进一步，上述硅溶胶为碱性硅溶胶，粒径小于30nm，固含量为30%；硅烷偶联剂为KH560、KH570和A-151中的至少一种，加入量为碱性硅溶胶重量的0.3%-0.4%；改性为搅拌0.5-2h。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，使用硅烷偶联剂对碱性硅溶胶进行改性，使得碱性硅溶胶在有机相中的分散性变好，表面柔韧性增强。
进一步，上述氮化硼为超细六方氮化硼。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明利用超细六方氮化硼本身的润滑和高温特性，保证涂层的润滑性能和耐高温性能。
进一步，上述玻璃粉的粒径为2000目。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选2000目玻璃粉粒径小，更便于分散，在高温下也更容易成膜，从而提高涂层的抗热震性能。
进一步，上述气相二氧化硅为亲水性气相二氧化硅。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，一方面，亲水性气相二氧化硅可以良好分散于水性涂料中改善涂料的粘度，提升其润湿性能；另一方面，亲水性气相二氧化硅在高温下可与玻璃粉协同作用，改善涂料的抗热震性。
另外，本发明中氟化钙为助熔剂，能够促进玻璃粉高温成膜。
进一步，上述水性分散剂为聚丙烯酸钠盐、聚羧酸钠盐和聚羧酸铵盐中的至少一种。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选水性分散剂可以使各组分粉体在涂料中实现良好的分散，避免再次絮凝、沉淀、聚集。
进一步，上述消泡剂为有机硅消泡剂。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选有机硅消泡剂可以消除制备过程中涂料表面的气泡，从而提高制备效率，并有效避免喷涂过程中出现气孔等缺陷。
进一步，上述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯可以改善涂料的成膜性能，提高漆膜的光泽度、强度以及抗粉化性能。
进一步，上述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，由于乳液稳定保存的pH值在8-11，本发明加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇可将涂料的pH调节至该范围，从而延长存放时间。
一种水性氮化硼涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按上述水性氮化硼涂料的重量份数称取各原料；
（2）将各原料进行搅拌，研磨，过筛，即得水性氮化硼涂料。
进一步，上述步骤（2）中，研磨的时间为10-25min；过筛的筛网目数为200目。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过研磨，可以使各组分粉体在研磨过程中解开团聚，实现良好的分散。通过过筛，可以过滤未分散开的颗粒，从而得到分散均匀的涂料。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明水性氮化硼涂料的外观为白色，粘度200-500 mPa·s，具有耐高温和润滑等功能；而且该涂料为水性涂料，所以还具有安全环保的特点。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
水性氮化硼涂料，包括以下重量的原料：固含量为40%的纯丙乳液200g、改性硅溶胶400g、超细六方氮化硼220g、粒径为2000目的玻璃粉30g、氟化钙10g和亲水性气相二氧化硅10g；
还包括助剂；以纯丙乳液、改性硅溶胶、超细六方氮化硼、玻璃粉、氟化钙和亲水性气相二氧化硅的重量之和计，助剂包括聚丙烯酸钠盐0.3%、有机硅消泡剂0.5%、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯5%和2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.01%；
其中，改性硅溶胶由粒径小于30nm、固含量为30%的碱性硅溶胶加0.3%重量的硅烷偶联剂KH560搅拌0.5h制得；
上述水性氮化硼涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按上述水性氮化硼涂料的重量称取各原料；
（2）将各原料加入搅拌设备中搅拌至混合均匀，然后加入篮式砂磨机中研磨10min，再用200目滤网过滤，即得水性氮化硼涂料。
实施例2
水性氮化硼涂料，包括以下重量的原料：固含量为40%的纯丙乳液300g、改性硅溶胶300g、超细六方氮化硼230g、粒径为2000目的玻璃粉50g、氟化钙10g和亲水性气相二氧化硅10g；
还包括助剂；以纯丙乳液、改性硅溶胶、超细六方氮化硼、玻璃粉、氟化钙和亲水性气相二氧化硅的重量之和计，助剂包括聚羧酸钠盐0.5%、有机硅消泡剂0.5%、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯8%和2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.02%；
其中，改性硅溶胶由粒径小于30nm、固含量为30%的碱性硅溶胶加0.4%重量的硅烷偶联剂KH570搅拌1h制得；
上述水性氮化硼涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按上述水性氮化硼涂料的重量称取各原料；
（2）将各原料加入搅拌设备中搅拌至混合均匀，然后加入篮式砂磨机中研磨20min，再用200目滤网过滤，即得水性氮化硼涂料。
实施例3
水性氮化硼涂料，包括以下重量的原料：固含量为40%的硅丙乳液300g、改性硅溶胶400g、超细六方氮化硼250g、粒径为2000目的玻璃粉30g、氟化钙20g和亲水性气相二氧化硅20g；
还包括助剂；以硅丙乳液、改性硅溶胶、超细六方氮化硼、玻璃粉、氟化钙和亲水性气相二氧化硅的重量之和计，助剂包括聚羧酸铵盐1%、有机硅消泡剂0.8%、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯8%和2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.01%；
其中，改性硅溶胶由粒径小于30nm、固含量为30%的碱性硅溶胶加0.3%重量的硅烷偶联剂A-151搅拌1h制得；
上述水性氮化硼涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按上述水性氮化硼涂料的重量称取各原料；
（2）将各原料加入搅拌设备中搅拌至混合均匀，然后加入篮式砂磨机中研磨15min，再用200目滤网过滤，即得水性氮化硼涂料。
实施例4
水性氮化硼涂料，包括以下重量的原料：固含量为40%的纯丙乳液150g、固含量为40%的硅丙乳液150g、改性硅溶胶400g、超细六方氮化硼240g、粒径为2000目的玻璃粉20g、氟化钙10g和亲水性气相二氧化硅10g；
还包括助剂；以纯丙乳液、硅丙乳液、改性硅溶胶、超细六方氮化硼、玻璃粉、氟化钙和亲水性气相二氧化硅的重量之和计，助剂包括聚羧酸铵盐1%、有机硅消泡剂0.8%、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯8%和2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.02%；
其中，改性硅溶胶由粒径小于30nm、固含量为30%的碱性硅溶胶加0.3%-0.4%重量的硅烷偶联剂KH560、KH570和A-151搅拌0.5-2h制得；
上述水性氮化硼涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按上述水性氮化硼涂料的重量称取各原料；
（2）将各原料加入搅拌设备中搅拌至混合均匀，然后加入篮式砂磨机中研磨25min，再用200目滤网过滤，即得水性氮化硼涂料。
性能测试
各取实施例1-4制得的水性氮化硼涂料，分别使用喷枪喷涂在金属薄板上，室温放置4h以上，或者表干后60-80℃烘干20min以上。待涂层干燥后，分别进行以下测试：
①用pH广泛试纸测试涂料的pH值；
②用划格法(百格法)检测涂料的附着力；
③按照GB/T 1735，800℃水冷热震检测涂料的脱落情况；
④按照GB/T9274（甲法）浸泡72h检测涂料的耐水性。
测试结果如表1所示。
表1 实施例1-4水性氮化硼涂料测试结果
由表1可知，由本发明实施例1-4制得的水性氮化硼涂料附着力最高可达1级，且不脱落，不起皱，不起泡。
以上试验说明，本发明水性氮化硼涂料具有耐高温和润滑等功能；而且该涂料为水性涂料，所以还具有安全环保的特点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。