本發明屬于功能型復合涂層技術領域，涉及一種空心氧化鋁陶瓷微球改性聚氨酯涂層的制備方法。

背景技術：

近年來，能源消耗問題越發嚴峻，人們對節能減排材料的需求日益增加。兼具隔熱耐磨性能的多功能涂層可有效降低涂層表面及內部溫度，延長設備壽命，對節能降耗有十分重要的意義。多功能涂層由成膜物質和功能性填料構成。成膜物質多由樹脂構成，傳統溶劑型樹脂包含大量可揮發有機化合物，危害環境且耐水性較差，極大地限制了其應用。氧化鋁片、鈦白粉、二氧化硅、氧化鋅等功能性填料在一定程度上增強了涂層的強度、硬度、耐磨、等力學性能并賦予涂層隔熱、抗菌等特性。但其密度高、均勻性差等缺點限制了涂層輕質化的應用與發展。

文獻1“司從輝，司大勇，陳安全等.一種納米氧化鋁改性丙烯酸樹脂型粉末涂料，中國，CN104945972B.2014”公開了一種制備具有優異附著力、耐候性、耐腐蝕性的氧化鋁改性丙烯酸樹脂型粉末涂料的方法。但是，該方法以實心氧化鋁為功能性填料，所得涂層密度較大且生產工藝過程復雜，不易控制。

文獻2“王芳芳，郭涵瑜，李績.有機-無機復合型納米隔熱防火涂料的制備及性能研究[J].建筑科學，2015，31:24-28.”公開了一種制備有機-無機復合型納米隔熱防火涂料的方法。該涂料以水性丙烯酸酯乳液與水性環氧樹脂乳液復合作為有機成膜物，納米氫氧化鋁、陶瓷空心微珠、二氧化鈦等為無機填料制備出性能優異的隔熱防火涂料。但是，所得涂料在受熱環境下會分解生成H₂O，形成氣孔，加速涂層力學性能失效。

可見：傳統溶劑型聚氨酯基涂層存在污染環境、耐水性差、密度較高等缺點

技術實現要素：

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種空心氧化鋁陶瓷微球改性聚氨酯涂層的制備方法，該復合涂層以水性聚氨酯為成膜物質，空心氧化鋁陶瓷球為功能性填料。該方法具有制備工藝簡單、成本低廉、反應可控等優點。

技術方案

一種空心氧化鋁陶瓷微球改性聚氨酯涂層的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將Al(NO3)₃·9H₂O︰單糖︰去離子水按質量比1︰(2～4)︰(20～40)混合，超聲處理和磁力攪拌后獲得均勻溶液；將所得溶液置于聚四氟乙烯反應釜內膽中，在150～220℃溫度下保溫2～24h，得到褐色凝膠狀液體；采用去離子水洗滌褐色凝膠狀液體至pH值為7，真空抽濾得到固態樣品，在40～80℃真空條件下干燥8～40h；

步驟2：將步驟1烘干產物置于氧化鋁坩堝中，在空氣氣氛下，于1200～1500℃熱處理1～10h，得到空心氧化鋁陶瓷微球；所得空心氧化鋁陶瓷微球粒徑為0.1～5μm。

步驟3：將空心氧化鋁陶瓷微球研磨，按質量分數1～50wt％與水性聚氨酯進行共混，3000～6000rpm轉速下高速分散0.1～1.5h，超聲分散10～120min，得到均勻分散液；將分散液均勻涂抹在圓形載玻片上，用旋涂機進行旋涂，獲得厚度均勻的濕膜；所述旋涂參數如下：低速500～1000r/min，時間10～30s；高速1600～2000r/min，時間5～60s；

步驟4：將所得濕膜在40～80℃真空條件下固化0.5～4h；在固化后的載玻片上重復上述步驟，得到不同厚度的空心氧化鋁陶瓷微球/水性聚氨酯復合涂層。所用成膜物質為水性聚氨酯。

所述步驟2的超聲處理為10～60min。

所述步驟2的磁力攪拌為10～60min。

所述單糖可為果糖或葡萄糖。

有益效果

本發明提出的一種空心氧化鋁陶瓷微球改性聚氨酯涂層的制備方法，將空心氧化鋁陶瓷微球與水性聚氨酯復合形成涂層。水性聚氨酯以水為溶劑，具有環保、無毒、相容性好、強度高、韌性好、優異耐磨性等優點，克服了傳統溶劑型樹脂耐水性差、污染環境等缺點，成為未來涂層領域的研究熱點。空心氧化鋁陶瓷微球具有高強度、高硬度、熱膨脹系數小、抗熱震、收縮率低、耐磨、耐腐蝕、透波和低紅外發射等優良物理化學性能。

本發明制備的空心氧化鋁陶瓷微球改性聚氨酯涂層，克服了溶劑型樹脂污染環境、耐水性差的缺點，增強了涂層的強度、硬度、耐磨性、耐候性。此外，空心氧化鋁陶瓷微球低紅外發射率、低熱導率，高透波率等性質拓寬了涂層在隔熱和電磁波隱身等領域的應用。具有環保、質輕、隔熱、耐磨、耐腐蝕、透波、低紅外發射等優良性能的復合涂層的方法。該復合涂層以水性聚氨酯為成膜物質，空心氧化鋁陶瓷球為功能性填料。該方法具有制備工藝簡單、成本低廉、反應可控等優點。

附圖說明

圖1是本發明方法的工藝流程圖

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：

實施實例一

本實施例包括以下步驟：

稱量2gAl(NO₃)₃·9H₂O、5g葡萄糖，加入到70ml去離子水中，超聲10min，磁力攪拌10min，置入100ml聚四氟乙烯反應釜中，在160℃下保溫24h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；將所得產物放入高溫管式爐，1200℃燒結2h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球。

取0.01g空心氧化鋁陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，6000rpm轉速下高速分散1.5h，超聲分散0.5h。將所得分散液用旋涂機進行涂膜，旋涂機低速600r/min，時間30s，高速1800r/min，時間20s；將所得濕膜放入真空干燥箱中，80℃下真空干燥0.5h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球/水性聚氨酯復合涂層。

實施實例二

本實施例包括以下步驟：

稱量1gAl(NO₃)₃·9H₂O、3g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲20min，磁力攪拌20min，置入100ml聚四氟乙烯反應釜中，在180℃下保溫22h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；將所得產物放入高溫管式爐，1300℃燒結5h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球。

取0.1g空心氧化鋁陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，3000rpm轉速下高速分散1.5h，超聲分散0.1h。將所得分散液用旋涂機進行涂膜，旋涂機低速500r/min，時間30s，高速2000r/min，時間20s；將所得濕膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球/水性聚氨酯復合涂層。

實施實例三

本實施例包括以下步驟：

(1)稱量4gAl(NO₃)₃·9H₂O、10g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲60min，磁力攪拌60min，置入100ml聚四氟乙烯反應釜中，在220℃下保溫2h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；將所得產物放入高溫管式爐，1500℃燒結1h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球。

(2)取0.5g空心氧化鋁陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，6000rpm轉速下高速分散1h，超聲分散1h。將所得分散液用旋涂機進行涂膜，旋涂機低速800r/min，時間20s，高速2000r/min，時間5s；將所得濕膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球/水性聚氨酯復合涂層。

實施實例四

本實施例包括以下步驟：

(1)稱量2gAl(NO₃)₃·9H₂O、5g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲30min，磁力攪拌30min，置入100ml聚四氟乙烯反應釜中，在200℃下保溫18h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在60℃下真空干燥18h；將所得產物放入高溫管式爐，1400℃燒結1h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球。

(2)取1g空心氧化鋁陶瓷微球加入到3.3g水性聚氨酯涂料(固含量30％)中，4500rpm轉速下高速分散0.1h，超聲分散2h。將所得分散液用旋涂機進行涂膜，旋涂機低速1000r/min，時間10s，高速2000r/min，時間60s；將所得濕膜放入真空干燥箱中，40℃下真空干燥4h，即得到空心氧化鋁陶瓷微球/水性聚氨酯復合涂層。