CN101857772B - 抗划伤纳米水性陶瓷无机-有机聚合物涂料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗划伤水性纳米无机-有机聚合物涂料、其制备方法及其应用。本发明的涂料包括主剂和辅剂，其中，主剂包括水性纳米聚硅氧烷，颜料润湿分散剂，颜料和填料；辅剂包括多烷氧基硅烷的混合物和催化剂。本发明的涂料以纳米聚硅氧烷为主要成膜物，在施工之前，将主剂和辅剂按比例混合均匀，熟化5～18小时，使水性纳米聚硅氧烷与多种可水解的烷氧基硅烷共水解、缩聚，经高温烘烤固化生成无机-有机杂化交联网状高分子聚合体涂膜。与现有技术相比，制备方法独特，产品性能突出，施工方法考究，是一种环保、节能、高性能水性金属保护涂料新品种，产品应用前景广阔。

Description

抗划伤纳米水性陶瓷无机-有机聚合物涂料及其应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种抗划伤纳米水性无机-有机聚合物涂料、其制备方法以及应用。 

背景技术

现有陶瓷涂料多为溶剂型，VOC较高，即使有水性无机陶瓷涂料，对基材的前处理也要求较高，一般必须喷砂处理，而大多数用户不具备喷砂条件。 

因此，应市场发展的需求，本发明参考水性无机陶瓷涂料、聚硅氧烷涂料、醇溶无机富锌涂料、有机硅树脂涂料、硅偶联剂的应用等方面的研究、开发成果，以及无机-有机杂化方面的科技文章和实验报告，并结合国家的产业发展政策和涂料行业的发展趋势，应用无机化学、高分子化学、无机-有机杂化交联理论以及元素有机高分子与金属表面化学反应等方面的理论知识，指导产品开发试验工作，对金属涂料各组分进行深入研究，创新性地开发出抗划伤水性无机-有机复杂交联聚合物金属涂料新产品，并同时解决了施工方法问题，开创了新的应用领域。 

发明内容

本发明的目的是提供一种抗划伤水性纳米无机-有机聚合物涂料、其制备方法以及其在金属上的应用。 

本发明所述的抗划伤纳米水性无机-有机聚合物涂料包括主剂和辅剂，其中，主剂包括以下重量份数的各组分：a，水性纳米聚硅氧烷20～85份；b，颜料润湿分散剂0.1～1份；c，颜料0～25份；d，填料0～20份；辅剂包括以下重量份数的各组分：e，多烷氧基硅烷的混合物10-40份；f，催化剂0.1～2份；g，有机溶剂40～85份；其中所述组分a是以固含量30％的水性纳米聚硅氧烷计。 

其中，主剂中所述组分a可采用市购浓度的水性纳米聚硅氧烷，一般其市售浓度为20-50％(质量浓度)，优选质量浓度为30％的水性纳米聚硅酸进行配料，配料后保证主剂中a的质量份数为的30～50份，优选为40～50份； 

主剂中所述组分b可选用本领域常用的颜料润湿分散剂，优选以下一种颜料润湿分散剂：byk-190分散剂或六偏磷酸钠。 

主剂中所述组分c优选耐高温颜料，一般要求耐温200℃，优选耐高温无机颜料，如钛白粉、氧化铁系列颜料等，最好避免使用耐高温性能较差的颜料，如有机颜料等，其具体用量以满足遮盖力要求为准，清漆中无须添加颜料。 

主剂中所述组分d可选用本领域常用的填料，如可采用白炭黑、滑石粉、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝等常用填料中的一种或多种，其作用是调整颜料的体积浓度和光泽，用量不宜过大。 

辅剂中所述组分e可选用甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷(又名正硅酸乙酯)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2、3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等多烷氧基硅烷中的任意两种或两种以上的任意比例的混合物； 

辅剂中所述组分f可选用各种有机金属羧酸盐，如二月桂酸二丁基锡、辛酸锌、辛酸锆等，优选二月桂酸二丁基锡。 

辅剂中所述组分g，有机溶剂可选用本领域常用的各种有机溶剂，优选异丙醇和二氧六环中的一种或两种，更优选上述两者任意比例的混合物。 

本发明所述的抗划伤纳米水性无机-有机聚合物涂料中主剂和辅剂的质量比为1-3∶1。 

本发明还提供上述抗划伤纳米水性无机-有机聚合物涂料的制备 方法。所述制备方法为： 

1)主剂：将主剂中的各组分按配料比混合均匀，高速分散机分散5-30min后，过卧式砂磨机研磨至细度15μm以下，然后调整到规定的固体分，过滤、包装，作为主剂； 

2)辅剂：将组分e、f、g按配料比混合均匀后，过滤、包装，作为辅剂。 

本发明还提供所述涂料的应用方法。 

本发明涂料的应用方法如下：在施工前，涂料需经预熟化处理，将主剂与辅剂按规定配比混合均匀，搅拌下熟化反应5-12h，然后才可以施工； 

所述施工方法为喷涂，施工粘度要求控制在4#粘度杯14～16S，喷枪口径1～1.2mm，喷涂空气压力0.4～0.5MPa，枪嘴与工件之间距离200～300mm，采用“湿碰湿”喷涂工艺，即横喷一道，纵喷一道，再各重复一次，保证每次都在涂料溶剂未完全挥发的状态下涂装，直至达到完全遮盖基材。实践证明，本发明的涂料的干膜厚度应控制在20～30μm，这样可得到最佳的漆膜外观。涂膜过厚易发生起皮、开裂现象。 

漆膜风干3-10min(优选5分钟)后，进入预烘干区，以5-15℃/min(优选10℃/min)的升温速率升温至100℃，将水分烘烤出去，再快速升温到150～180℃，烘烤10～20min，使涂料组分交联固化成膜；然后降温出炉，以保证漆膜完整。 

本发明的涂料通过水性纳米聚硅氧烷与多种可水解的烷氧基硅烷共水解、缩聚，经高温固化生成无机-有机杂化交联网状高分子聚合体涂膜，形成的漆膜耐高温，抗划伤，可适用于包括铝合金、钢铁的各种金属表面，如可应用于建筑室内外铝幕墙板的装饰涂层，例如：火车站、机场、地铁站扶梯侧壁的装饰铝板，以及公共建筑内对抗划伤要求较高的场所，例如：大厅、走廊、立柱等部位；也适用于高速 铁路客车、城铁、地铁车辆内部装饰板的抗划、防火涂层；还可用于(拉丝)不锈钢表面的清漆保护，增强硬度和抗划伤性。 

本发明涂料对金属基层表面处理有一定的要求：对铝合金基材可采用30目的氧化铝磨料喷砂处理方法，或采用600#砂纸机械打磨，或通过酸洗-无铬铝磷化处理剂取代铬化处理，使金属表面粗糙度达到20μm左右，然后除掉表面粉尘颗粒；因铝板材质较软，大工件喷砂容易变形，因此对大工件铝材采用机械打磨或磷化处理方式进行处理。 

对钢铁表面需经过脱脂、磷化处理，使表面粗糙度达到20μm左右，并在24h之内喷涂涂料；对不锈钢基材，需经脱脂、酸洗、中和、水洗、烘干或采用机械打磨后，使表面粗糙度达到20μm左右，喷涂涂料。 

本发明涂料属环保型水性纳米多功能涂料，不含甲醛、重金属、异氰酸酯、苯类溶剂等有毒有害物质，通过水性纳米聚硅氧烷与多种可水解的烷氧基硅烷共水解、缩聚，经高温固化生成无机-有机杂化交联网状高分子聚合体涂膜，可适用于各种金属表面，纳米级聚硅氧烷分子结构对金属表面有很强的附着力、抗紫外老化性、耐热性，耐高温可达400℃，硬度高达5H，耐化学腐蚀性好；烷基硅烷结构提供优良的抗划伤性、耐水性、抗沾污性和滑爽性；且烘烤温度较低，在130～180℃烘干时间20～30min即可，节能效益好，产品性能突出，施工方法考究，是一种环保、节能、高性能水性涂料新品种，产品应用前景广阔。 

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

实施例1 

适用于铝幕墙板的白色烘烤涂料是由以下两部分物料组成的；主剂由a，50份的30％(质量百分比)水性纳米聚硅氧烷，b，0.1份颜料 润湿分散剂-六偏磷酸钠，c，颜料，20份金红石钛白粉、0.5份超细氧化铁黄，d，填料，4份的超细沉淀硫酸钡、1份的超细二氧化硅粉、0.8份的氧化铝粉。 

辅剂由e，10份甲基三乙氧基硅烷、5份苯基三乙氧基硅烷、6份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，f，催化剂，0.2份的二月桂酸二丁基锡，g，溶剂，79份的异丙醇与二氧六环(1比1)的混合溶剂组成。主剂与辅剂的配料比为2.5∶1(质量比)。 

涂料制备工艺：1.研磨色浆：取主剂中部分a料(约60％)，加入b料、c料、d料，高速搅拌予分散10min，过卧式砂磨机研磨至细度小于15μm； 

2.调漆配色：将研磨好的上述色浆备入调漆罐，补齐剩余的a料，用进口水性通用色浆调好颜色，用120目筛网过滤后装桶，制得主剂； 

3.配制辅剂：将e料、f料、g料混合搅拌均匀，过200目绢网后，将辅剂装入小口塑料桶。 

涂料的施工：1.配料预熟化：将主剂与辅剂按规定配比混合好，在快速搅拌下，混合熟化反应18h； 

2.涂装：被涂基材铝板需先进行喷砂或机械打磨处理，使表面粗糙度达到20μm，然后喷涂施工，将熟化好的涂料用水或乙醇/水为1∶1的混合物，将涂料稀释至喷涂粘度，4#杯14～16S，采用“湿碰湿”喷涂工艺，第一道喷完，间隔2min，喷涂第二道。控制干膜厚度为20～30μm，喷完风干5min，进入烘道，在100℃前预烘10min，然后快速升温至160℃，保持15min，降温出炉，逐渐冷却到室温。 

该涂层铝板可用于地铁站内扶梯侧壁护板、隔离板、立柱护板等部位。涂膜附着力1级，铅笔硬度5H，无划痕。 

实施例2. 

适用于铝幕墙板的淡黄色烘烤涂料是由以下两部分物料组成的；主剂由a，50质量份的30％(质量百分比)水性纳米聚硅氧烷，b，0.1 质量份颜料润湿分散剂BYK-190，c，颜料，18质量份金红石钛白粉、2质量份超细氧化铁黄，d，填料，4质量份的超细沉淀硫酸钡、0.6质量份的超细二氧化硅粉、1质量份的氧化铝粉； 

辅剂由e，甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷各7质量份的混合物，f，催化剂，0.01质量份的二月桂酸二丁基锡，g，溶剂，50质量份的异丙醇与二氧六环(质量比1∶1)的混合溶剂组成。 

主剂与辅剂的配料比为2∶1(质量比)。 

按照实施例1的方法进行涂料的制备和涂装(混合熟化反应10h)，涂装后的涂膜附着力1级，铅笔硬度5H，无划痕。 

实施例3. 

适用于钢板的耐高温黑色烘烤涂料是由以下两部分物料组成的；主剂中由a，60份的30％(质量百分比)水性纳米聚硅氧烷，b，0.1份颜料润湿分散剂BYK-190，c，颜料，10份氧化铁黑，d，填料，5份的超细二氧化硅粉、5份的氧化铝粉。 

辅剂由e，10份甲基三乙氧基硅烷、3份正硅酸乙酯、7份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，f，催化剂，0.1份二月桂酸二丁基锡，g，有机溶剂，80份的异丙醇与二氧六环(1比1)的混合溶剂组成。主剂与辅剂的配料比为2∶1(质量比)。 

涂料制备工艺：(与实施例1相同) 

涂料的施工：1.配料预熟化：将主剂与辅剂按规定配比混合好，在快速搅拌下，混合熟化反应16h。 

2.涂装：被涂基材钢板需经脱脂、酸洗、磷化处理后，使表面粗糙度达到30μm，然后喷涂施工，将熟化好的涂料用水或乙醇/水为1∶1的混合物，将涂料稀释至喷涂粘度，4#杯16～18S，采用“湿碰湿”喷涂工艺，第一道喷完，间隔2min，喷涂第二道。控制干膜厚度为30～40μm，喷完风干5min，进入烘道，在100℃前予烘10min，然后快 速升温至200℃，保持15min，降温出炉，逐渐冷却到室温。 

该涂料可耐温300℃，适用于燃气灶具、抽油烟机、烧烤炉外壳等黑色家电产品。涂膜附着力1级，铅笔硬度6H，无划痕。 

实施例4 

适用于钢板的黑色耐高温烘烤涂料是由以下两部分物料组成的；主剂中由a，20质量份的水性纳米聚硅氧烷，b，0.5质量份颜料润湿分散剂BYK-190，c，颜料，15质量份氧化铜，d，填料，12质量份的超细二氧化硅粉、6质量份的氧化铝粉。 

辅料由e，甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷各7质量份的混合物，f，催化剂，0.02质量份的二月桂酸二丁基锡，g，溶剂，40质量份的异丙醇与二氧六环(质量比1∶1)的混合溶剂组成。 

主剂与辅剂的配料比为3∶1(质量比)。 

按照实施例3的方法进行涂料的制备和涂装(混合熟化反应5h)，涂装后的涂膜附着力1级，铅笔硬度5H，无划痕。 

实施例5. 

可用于不锈钢薄板的抗划伤透明烘烤清漆是由以下两部分物料组成的；主剂中由a，85份的水性纳米聚硅氧烷，b，0.1份颜料润湿分散剂六偏磷酸钠，d，填料，3份沉淀法白炭黑、2份的氧化铝粉。 

辅剂由e，10份γ-(2.3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷、5份二甲基二乙氧基硅烷、5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，f，催化剂，0.1份的二月桂酸二丁基锡，g，有机溶剂，80份的异丙醇与二氧六环(1比1)的混合溶剂组成。 

主剂与辅剂的配料比为1.5∶1(质量比)。 

涂料制备工艺：(与实施例1相同) 

涂料的施工：1.配料预熟化：将主剂与辅剂按规定配比混合好，在快速搅拌下，混合熟化反应10h。 

2.涂装：被涂基材不锈钢板需经脱脂、酸洗处理，也可采取拉丝工艺或手工打磨处理，然后喷涂施工，将熟化好的涂料用水或乙醇/水为1∶1的混合物，将涂料稀释至喷涂粘度，4#杯14～16S，采用“湿碰湿”喷涂工艺，第一道喷完，间隔2，喷涂第二道。控制干膜厚度为15～25μm，喷完风干5min，进入烘道，在100℃前予烘10min，然后快速升温至150℃，保持15min，降温出炉，逐渐冷却到室温。 

该涂料适用于拉丝工艺成型的不锈钢产品的抗划伤、防水装饰保护涂层，例如，洗衣机、电冰箱、电烤炉、微波炉、冰柜，以及地铁客车内部装饰板和车门等产品的装饰保护。涂膜附着力1级，铅笔硬度5H，无划痕。 

实施例6. 

可用于不锈钢薄板的抗划伤透明黄烘烤清漆是由以下两部分物料组成的；主剂中由a，50质量份的水性纳米聚硅氧烷，b，0.6质量份颜料润湿分散剂六偏磷酸钠，c，2份超细氧化铁黄。 

辅剂由e，γ-(2.3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷2质量份、二甲基二乙氧基硅烷4质量份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷7质量份的混合物，f，催化剂，0.1质量份的二月桂酸二丁基锡，g，有机溶剂，40质量份的异丙醇与二氧六环的混合溶剂组成。 

主剂与辅剂的配料比为1.3∶1(质量比)。 

按照实施例5的方法进行涂料的制备和涂装(混合熟化反应8h)，涂装后的涂膜附着力1级，铅笔硬度5H，无划痕。 

因篇幅有限，仅举以上6个实施例，但本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明精神基础之上所做的任何改进和变更，均属于本发明要求保护的范围。 

Claims (14)

1.一种抗划伤水性纳米无机-有机聚合物涂料，包括主剂和辅剂，其中，主剂包括以下重量份数的各组分：a，水性纳米聚硅氧烷20～85份；b，颜料润湿分散剂0.1～1份；c，颜料0～25份；d，填料0～20份；辅剂包括以下重量份数的各组分：e，多烷氧基硅烷的混合物10-40份；f，催化剂0.1～2份；g，异丙醇与二氧六环的混合溶剂40～85份；其中所述组分a是以固含量30％的水性纳米聚硅氧烷计。

2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，主剂中组分a重量份数为30～50份。

3.如权利要求2所述的涂料，其特征在于，主剂中组分a的重量份数为40～50份。

4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述组分b选自以下一种颜料润湿分散剂：byk-190分散剂或六偏磷酸钠。

5.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述组分c为耐高温颜料。

6.如权利要求5所述的涂料，其特征在于，所述组分c是钛白粉、氧化铁系列颜料。

7.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述组分d选自白炭黑、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述组分e可选用甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的任意两种或两种以上的任意比例的混合物。

9.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述组分f选自有机金属羧酸盐。

10.如权利要求9所述的涂料，其特征在于，所述组分f选自二 月桂酸二丁基锡、辛酸锌、辛酸锆中的一种或多种。

11.如权利要求10所述的涂料，其特征在于，所述组分f是二月桂酸二丁基锡。

12.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述的抗划伤水性纳米无机-有机聚合物涂料中主剂和辅剂的质量比为1-3∶1。

13.如权利要求1-12任一所述的涂料的应用，其特征在于，用于金属表面。

14.如权利要求13所述的应用，其特征在于，应用方法如下：在施工前，涂料需经预熟化处理，将主剂与辅剂按规定配比混合均匀，搅拌下熟化反应5-18h，然后施工；

所述施工方法为喷涂，施工粘度要求控制在4#粘度杯14～16s，喷枪口径1～1.2mm，喷涂空气压力0.4～0.5MPa，枪嘴与工件之间距离200～300mm，采用“湿碰湿”喷涂工艺，使干膜厚度为20～30μm；

漆膜风干3-10min后，以5-15℃/min的升温速率升温至100℃，将水分烘烤出去，再快速升温到150～180℃，烘烤10～20min，使涂料组分交联固化成膜；然后降温出炉。