[发明专利]复合材料微粉与其形成方法、陶瓷涂料、与保护涂层

说明书

技术领域

本发明提供含氟聚合物的复合材料微粉，特别涉及其制作方法与应用。

背景技术

含氟聚合物，特别是聚四氟乙烯在所有的聚合物中化学惰性最高，并且具有独特的耐候性、电绝缘性、低摩擦系数、与耐化学品等性能，已广泛应用于航空、汽车、石油和化工等领域。含氟聚合物微粉特别是聚四氟乙烯(PTFE)微粉，其粒径细且软、有较好的分散能力、能均匀地分散于其他基材中，进而改变其他基材特性(如改善润滑性、改善耐磨性、增强耐擦伤、增加离型性、赋予抗污性、提高阻燃性、及增加拒水性等)。因此，它的主要用途是作为其他材料中的添加剂，例如作为涂料的添加剂。由于聚四氟乙烯微粉的粒径更小，通常在4～10μm，在用于涂料添加剂时能形成具有更优异的表面平滑性及不黏性的涂膜。在聚醚砜或聚苯硫醚的涂料系统中，经常添加聚四氟乙烯微粉后喷涂于基材上，经高温380～400℃烘烤而具有一定的离型性，可广泛应用在电饭锅涂膜。此外，聚三氟氯乙烯(PCTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、或乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)，由于其粒径为20～80μm且性能好，也常用做粉末涂料。

目前市售的含氟聚合物中粗粉，如聚四氟乙烯粗粉其粒径约介于70μm至260μm之间。市售的聚四氟乙烯细粉，其粒径约介于20μm至50μm之间。将上述市售产品直接添加到涂料中，容易聚集且不易分散，易影响涂料性能或在涂膜表面出现颗粒等问题，因此需要进一步细化以降低粒径。由于聚四氟乙烯具有较低的结晶度和软化点，因此难以直接物理化超细粉碎，且粉碎后的产物具有粉末颗粒不均匀、流动性差、与粒径较粗等问题。

市售的聚四氟乙烯微粉，其粒径约介于0.5μm至15μm之间。上述微粉在用于涂料添加剂时，能够形成表面平滑性优异的涂膜。目前制备聚四氟乙烯微粉的方法主要有调聚法、热裂解法、辐射裂解法。

调聚法如US5641571A与US3956000A所述，通常采用分散聚合的形式先聚合形成分散液，然后再凝聚析出微粉。市售商品如3M公司所售的Dyneon^TMPTFE TF-9201与TF-9207，其平均粒径介于4μm至6μm之间。调聚法的步骤多，所生产的微粉分子量也较低，其重均分子量只有约20万。

热裂解法如US3813449A与US4076760A所述，是将原料置于高温(450℃至600℃)与高压(5×101.325kPa至10×101.325kPa)下。在剪切力与摩擦力作用下，热裂解原料以得到低分子量的聚四氟乙烯，再磨碎低分子量的聚四氟乙烯以得到微粉。市售商品如3M公司所售的Dyneon^TMPTFE TF-9205，其平均粒径为8μm。然而上述方法高耗能，且产生高毒性的分解产物。

辐射裂解法如US3766031A、GB2119385A、与EP0253400A2所述，利用高能辐射(如γ-ray或E-Beam)降解碳链以制备低分子量的聚四氟乙烯，再磨碎低分子量的聚四氟乙烯以得到粒径介于5μm至10μm的微粉。市售商品如3M公司所售的Dyneon^TMPTFEJ14其平均粒径为6μm。然而上述方法需专用辐射设备，且成本较高。聚四氟乙烯经辐射裂解后亦降低聚四氟乙烯分子量，影响聚四氟乙烯的不黏性。

陶瓷涂料是水性无机涂料，是以纳米无机化合物为主要成分，并且以水为分散质，涂装后经低温加热方式固化，形成与陶瓷性质相似的涂膜。陶瓷涂膜具有耐高温、高硬度、耐候、环保等诸多优势。由于陶瓷涂膜具有安全性的优势，在炊具上的应用发展迅速，但无法长期保持不黏性一直是最大缺点。因为陶瓷涂料的不黏性主要来自于硅油如聚二甲基硅氧烷或是羟基聚二甲基硅氧烷，随着烹饪次数增加，陶瓷涂料中的硅油将慢慢挥发而失去不黏性。此外，若锅具经过洗涤剂的洗涤，因一般清洁剂属于碱性，在碱性状态下也会让涂层表面及涂层内的硅油被清洁剂洗掉而失去不黏性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氟聚合物的复合材料微粉及其制作方法与应用，该含氟聚合物的复合材料微粉具有优异的不黏性，且制作方法简单，安全环保，具有较广泛的应用。