CN102827500B - 一种抗刮且耐磨的组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗刮且耐磨的组合物及其制备方法和应用。本发明的组合物,包含无机粒子;分散剂;及有机接合剂,其中,无机粒子为球形,平均粒径为10纳米~999纳米;分散剂包含无机分散剂和高分子分散剂;无机粒子的比重为s1,无机分散剂的比重为s2,0.05s2/s11;无机粒子与无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,高分子分散剂为0.1-20重量份,有机接合剂为10-98重量份。无机粒子稳定地分散在组合物中,可应用于涂料、油漆、复合材料,具有提高产品表面的耐磨擦、抗刮伤等性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有抗刮及耐磨性质的组合物,更具体的说,涉及一种含有稳定分散特性的无机粒子的抗刮且耐磨的组合物。
背景技术
无机粒子添加在树脂为主体的涂料中,涂料成膜后具有提升涂膜的硬度、耐磨擦、抗划伤性能,此外,若无机粒子的粒径够小,例如至次微米或纳米等级,还可能提供涂膜透明的特性。
但是无机粒子与树脂常遇到彼此亲和性不佳,造成无机粒子于树脂中分散性差的问题,且无机粒子本身一般而言比重较大,因此无机粒子分散于溶剂或树脂中产生的沉降问题更为严重。
目前克服上述问题的技术手段之一是对无机粒子表面进行修饰,以改善其与树脂的亲和性。现有技术中使用大量的聚合物分散剂进行克服,但高分子量的聚合物分散剂会降低成膜后制品的硬度、耐划伤、耐磨等特性。
因此,尚需提供一种新型的组合物,无机粒子能够稳定地分散在组合物中,不易发生沉降,且能够提高成膜后涂膜的耐摩擦、抗刮伤、硬度等性能。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足,本发明的第一目的在于提供一种具抗刮及耐磨性质的组合物。
本发明的另一目的在于提供一种具抗刮及耐磨性质的组合物的制备方法。
本发明的再一目的在于上述组合物的应用,用于制备具抗刮及耐磨性质的板材。
本发明的第一方面,提供一种组合物,包含组分:
(a)无机粒子;
(b)分散剂;及
(c)有机接合剂,
其中,所述无机粒子为球形,平均粒径为10纳米~999纳米;
所述分散剂包含无机分散剂和高分子分散剂;
所述无机粒子的比重为s1,所述无机分散剂的比重为s2,0.05<s2/s1<1;
所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份。
在另一优选例中,所述组合物总重量为80-120重量份,较佳地,为90-110重量份。
在另一优选例中,所述组合物为100重量份。
在另一优选例中,所述组合物总重量为80-120重量份,所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份。
在另一优选例中,所述组合物总重量为90-110重量份,所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份。
在另一优选例中,所述组合物为100重量份,所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份。
在另一优选例中,所述无机粒子的比重为s1,所述无机分散剂的比重为s2,0.08<s2/s1<0.8,较佳地,0.1<s2/s1<0.7。
在另一优选例中,所述无机分散剂与所述无机粒子的质量比为0.02~10:1;较佳地为0.1~5:1。
在另一优选例中,所述无机粒子为球形,平均粒径为80纳米~600纳米。
在另一优选例中,所述无机粒子选自:金属氧化物粒子、陶瓷粒子或其组合。
在另一优选例中,所述金属氧化物选自:三氧化二铝、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化钛或其组合。
在另一优选例中,所述陶瓷粒子选自三氧化二铝、二氧化硅或其组合。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机粒子为0.25~50重量份。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机粒子为0.5~50重量份,较佳地为5~50重量份。
在另一优选例中,所述无机分散剂选自:三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化钛或其组合。
在另一优选例中,所述无机分散剂的形状为不规则状、多孔状、片状或棒状。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机分散剂为0.1~30重量份。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机分散剂为0.2~25重量份,更优选为2-25重量份。
在另一优选例中,所述高分子分散剂选自聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚酰亚胺、聚脲、聚醚、聚硅氧烷、脂肪酸酯及其混合物。
在另一优选例中,所述有机接合剂选自聚醚、聚氨酯、丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、环氧化合物、聚酰胺、蜜胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚硅氧烷树脂、氟化聚合物树脂及其混合物。
在另一优选例中,所述丙烯酸酯为丙烯酸酯类单体,可用于本发明的丙烯酸酯类单体具有至少一个官能基,其例如但不限于2-苯氧基乙基丙烯酸酯、乙氧化苯氧基丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、异癸基丙烯酸酯、异冰片基(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸聚乙二醇(400)酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯。
在另一优选例中,所述丙烯酸酯为三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、或异冰片基(甲基)丙烯酸酯。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述高分子分散剂为0.3-15重量份。
在另一优选例中,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述有机接合剂为30-80重量份。
本发明的第二方面,提供第一方面所述的组合物的制备方法,包括步骤:
(a)将所述高分子分散剂和有机接合剂均匀混合;
(b)在步骤(a)得到的混合体系中加入所述无机粒子和无机分散剂;
(c)湿法研磨获得所述组合物。
在另一优选例中,所述步骤(c)采用湿法球磨,研磨球的粒径为0.01毫米~1毫米。
本发明的第三方面,提供所述的组合物的用途,用于制备涂布组合物或用于制备抗刮及耐磨的板材。
在另一优选例中,所述涂布组合物包含第一方面所述的组合物、树脂、添加剂及光引发剂。
本发明的第四方面,提供一种抗刮及耐磨的板材,所述板材包括:基材和涂层,其中,
所述涂层由涂布组合物涂布于所述基材的至少一个表面上,固化而成;
所述涂布组合物包含:第一方面所述的组合物。
在另一优选例中,所述涂布组合物还包含树脂、添加剂及光引发剂。
在另一优选例中,于60度测量,所述板材的光泽度大于85。
在另一优选例中,所述基材为塑料基材。
在另一优选例中,所述涂层表面的耐磨性质可达到0000#500gN条件下无磨损痕迹。
在另一优选例中,所述涂布组合物以喷涂、滚涂、淋涂或浸涂方式涂布于所述基材上,固化得到所述涂层。
有益效果
本发明的组合物,无机粒子稳定地分散在组合物中,不易发生沉降,能够提高成膜后涂膜的耐摩擦、抗刮伤、硬度等性能。
应理解,在本发明范围内中,本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究,研发出一种组合物,包含无机粒子、无机分散剂、高分子分散剂和有机接合剂,无机粒子能够稳定地分散在组合物中。在此基础上,完成了本发明。
组合物
本发明的组合物,包含组分:
(a)无机粒子;
(b)分散剂;及
(c)有机接合剂;
其中,所述无机粒子为球形,平均粒径为10纳米~999纳米;
所述分散剂包含无机分散剂和高分子分散剂;
所述无机粒子的比重为s1,所述无机分散剂的比重为s2,0.05<s2/s1<1;
所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份。
在另一优选例中,所述组合物总重量为80-120重量份,较佳地,为90-110重量份。
在另一优选例中,所述组合物为100重量份。
本发明的组合物,改善了球形无机粒子在组合物中的沉降问题。
无机粒子
本发明所使用的组分(a)无机粒子主要为提供组合物的耐磨及抗刮特性的无机材料。
可用于本发明的无机粒子,可为金属氧化物粒子、陶瓷粒子或其混合物。上述金属氧化物的种类例如但不限于选自三氧化二铝、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化钛及其组合中的至少一种,上述陶瓷粒子的种类例如但不限于三氧化二铝、二氧化硅及或其组合。
可用于本发明的市售无机粒子例子包括:日本Admatechs corporation公司生产,商品名为AO802的球形氧化铝粒子、Tekna Corpatation公司生产,商品名为Z060的球形氧化铝粒子、日本Denka Electronic materials公司生产,商品名为AFSP-20、UFP-20、UFP-30、UFP-40的球形氧化铝粒子、日本Micron Co.,Ltd.公司生产,及商品名为SO-C1、SO-C2、SO-E1、SO-E2的球形二氧化硅粒子。
根据本发明的实施方式,组分(a)无机粒子的形状为球形,可提高组合物的耐磨及抗刮的特性。同时因球形粒子低表面积,可提升有机树脂和无机粒子复合后的流动性,及固化后涂层材料的滑爽性。
本发明所使用的组分(a)无机粒子的粒径大小可依组合物所需求的特性调整,根据本发明的实施方式,组分(a)无机粒子的平均粒径在10纳米(nm)~999纳米之间,优选为在25纳米~500纳米之间,最佳在30纳米~300纳米之间。若无机粒子平均粒子小于10纳米则粒子之间团聚过于严重,不易分散,若无机粒子平均粒子大于999纳米则对光线的穿透度不佳,严重影响组成物的透明度。
根据本发明,组分(a)无机粒子的用量并无特殊限制,可依组合物所含组分(a)无机粒子的种类及其用量进行调整。一般而言,以组合物的总重量为100重量份计,所述无机粒子为0.25-50重量份,优选为0.5至45重量份。若无机粒子小于0.25重量份,则对组合物的耐磨及抗刮效果不够明显,若无机粒子大于50重量份,则对于组合物中分散稳定度不佳,沉降过于快速较无实用价值。
分散剂
本发明所使用的组分(b)分散剂主要为提供组分(a)无机粒子于树脂或溶剂中的分散稳定性及避免沉降现象。
本发明的分散剂包含(b1)无机分散剂及(b2)高分子分散剂。组分(b1)无机分散剂的使用除了可改善无机粒子的分散稳定度,还可解决组分(b2)高分子分散剂于组成物中产生的耐磨及抗刮性不佳的问题。
根据本发明的实施方式,组分(b1)无机分散剂的种类可与无机粒子相同或不同,选自于三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化钛及其组合中的至少一种。可用于本发明的市售无机分散剂例子包括:氧化铝Cabot CorporationEvonick Degussa氧化铝CabotCorporation二氧化硅:A200,Evonick Degussa二氧化硅:TS-100,A-200,OK500,OK607。
本发明所使用的组分(b1)无机分散剂的形状为含有部分的空气组成,因此比重小于组分(a)无机粒子本身,可改善无机粒子因为于树脂或溶剂中比重较大所产生的沉降的问题。
根据本发明的实施方式之一,无机分散剂的形状选自于不规则状、多孔状、片状及棒状,所述无机粒子的比重为s1,所述无机分散剂的比重为s2,0.05<s2/s1<1,较优选为0.08<s2/s1<0.8,最优选为0.1<s2/s1<0.7。
根据本发明,组分(b1)无机分散剂的用量并无特殊限制,可依组合物所含组分(b1)无机分散剂的种类及其用量进行调整。一般而言,以组合物的总重量为100重量份计,所述无机分散剂为0.1-30重量份,优选为0.2至25重量份。
本发明所使用的组分(b2)高分子分散剂主要可提高组分(a)无机粒子与组分(c)有机接合剂两者的亲和性,进而改善了无机粒子的分散稳定性,可用于本发明的组分(b2)高分子分散剂的分子量大于1000且包括一个或多个可与无机粒子表面发生相互作用的基团,种类包含但不限于选自聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚酰亚胺、聚脲、聚醚、聚硅氧烷、脂肪酸酯及其混合物,优选为聚丙烯酸酯、聚酯、或聚氨酯。。高分子分散剂通过酸性作用、碱性作用、中性作用和共价作用中的至少一种固定在无机粒子表面。
可用于本发明的市售高分子分散剂包括但不限于:德国毕克公司生产BYK163、BYK180、BYK2009、BYK2155,美国路博润公司生产Solsperse24000、Solsperse32000、Solsperse36000、Solsperse39000、Solsperse71000,德国赢创德固赛公司生产商品名为Dispers610、Dispers630、Dispers650、Dispers655。根据本发明,组分(b2)高分子分散剂的用量并无特殊限制,可依组合物所含组分(b2)高分子分散剂的种类及其用量进行调整。一般而言,以组合物的总重量为100重量份计,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,优选为0.3至15重量份。
有机接合剂
本发明所使用的组分(c)有机接合剂可提供组合物成膜时的成膜性及所需物化性质。
可用于本发明的组分(c)有机接合剂的种类包含但不限于选自聚醚、聚氨酯、丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、环氧化合物、聚酰胺、蜜胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚硅氧烷树脂、氟化聚合物树脂及其混合物,优选为聚氨酯、丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂或环氧化合物,更优选为丙烯酸酯。
上述的丙烯酸酯包含丙烯酸酯类单体和丙烯酸酯类低聚物,可用于本发明的丙烯酸酯类单体具有至少一个官能基,其例如但不限于选自2-苯氧基乙基丙烯酸酯(2-Phenoxyl ethyl acrylate)、乙氧化苯氧基丙烯酸酯(Ethoxylated phenoxyl acrylate)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(Cyclic trimethylolpropane formal acrylate)、异癸基丙烯酸酯(Isodecyl acrylate)、异冰片基(甲基)丙烯酸酯(Isoborny(meth)acrylate)、丙烯酸2-羟基乙酯(hydroxyethyl acrylate,HEA)、甲基丙烯酸2-羟基乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate,HEMA)、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(dipropyleneglycol di(meth)acrylate)、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(tripropylene glycoldi(meth)acrylate)、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate)、二乙二醇二甲基丙烯酸酯(diethylene glycol dimethacrylate)、二丙烯酸聚乙二醇(400)酯(PEG(400)DA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethylolpropane triacrylate)、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Ethoxylated Trimethylolpropane Triacrylate)、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯(Propoxylated glycerol tri(meth)acrylate)、季戊四醇三丙烯酸酯(Pentaerythritol triacrylate)、季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate)、二季戊四醇六丙烯酸酯(Dipentaerythritol Hexaacrylate DPHA),优选为三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、或异冰片基(甲基)丙烯酸酯。可用于本发明的丙烯酸酯类低聚物的种类例如但不限于选自由丙烯酸酯低聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及其混合物所组成的群组。
可用于本发明的市售有机接合剂包括但不限于:聚氨酯为:长兴化学工业股份公司生产的Etercure 6112-100,Etercure 6130B-30、Etercure 6145-100,Etercure6153-1,Etercure 6195-100,Etercure 6196-100,Etercure 6161-100,环氧树脂为:Etercure 621-100、Etercure 6210G,Etercure 6215-100,Etercure 6234,Etercure623A-80,聚酯为:Etercure 6315、Etercure 601Q-35、Etercure 604Q-35、Etercure6320;丙烯酸酯单体为:EM210、EM2103、EM2104、EM212、EM219、EM223、EM221、EM222、EM223、EM2251、EM231、EM235、EM2380、EM2387、EM241、EM265;不饱和聚酯树脂为:如长兴化学工业股份公司生产的Eterset 2303、Eterset 2306-2、Eterset 2307S。
根据本发明,组分(c)有机接合剂的用量并无特殊限制,可依组合物所含组分(c)有机接合剂的种类及其用量进行调整。一般而言,以组合物的总重量为100重量份计,所述有机接合剂为20-98重量份,优选为30至80重量份。
组合物的制备方法
本发明提供的一种具有抗刮及耐磨性质的组合物的制备方法,包括步骤:
(a)将所述高分子分散剂和有机接合剂均匀混合;
(b)在步骤(a)得到的混合体系中加入所述无机粒子和无机分散剂;
(c)湿法研磨获得所述组合物。
所述湿法研磨是以高速分散的手段将上述组合物中各组分均匀分散,高速分散的手段以公知的湿法球磨、三辊研磨等研磨分散技术,适宜于放大工业化生产,据本发明的实施方式之一,研磨球的粒径在0.01毫米(mm)~1毫米之间,优选为0.02毫米~0.5毫米之间。本发明采用了纳米湿法研磨技术,可将本发明的组合物,利用微米、纳米研磨介质,实现无机粒子的粒径于纳米或次微米等级下尚可稳定分散。
在本发明中,当有机接合剂粘度较高时,可任选地或较佳地加入本领域常规的溶剂(如PMA(丙二醇甲醚醋酸酯),PM(丙二醇甲醚)、DMP(一缩丙二醇单甲醚),丙二醇,TPM(三丙二醇单甲醚),醋酸丁酯、乙二醇丁醚等及其混合物)一起研磨。
组合物的应用
本发明的组合物可用于制备油漆、涂料、电子封装材料等。
本发明的组合物可应用于一种具有抗刮及耐磨性质的板材,所述板材包含:基材且该基材的至少一个表面具有由涂料组合物所形成的涂层,举例而言,可将涂布组合物涂布于基材至少一个表面上以形成至少一涂膜,再经固化后形成一涂层。上述中所使用的涂布方式,可采用喷雾式涂布(喷涂)、滚涂、淋涂或浸涂方式,优选为喷雾式涂布。上述中所使用的固化方式,可用热固化、光固化或其混合,据本发明的实施方式之一,光固化为紫外线固化(UV curing)方式
上述的基材并无特殊限制,据本发明的实施方式,基材为塑料基材,可用于本发明的塑料基材的种类包含但不限于丙烯腈,1,3-丁二烯及苯乙烯三种单体的接枝共聚物(ABS)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate resin,PC)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、或其混合。
上述涂布组合物包含本发明的组合物,还包含树脂、添加剂及光引发剂。
使用本发明的组合物配制涂布组合物,可以提高涂层成膜后涂膜的耐磨擦、抗划伤性能、导热性能,并保持涂膜的透明性。
树脂可为任何本发明所属技术领域中公知的种类,可与上述有机接合剂相同或不同,可用于本发明的树脂的种类包含但不限于选自丙烯酸酯类单体、丙烯酸酯类低聚物。上述丙烯酸酯类低聚物的种类例如但不限于选自:丙烯酸酯低聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或其混合物,以所述涂布组合物的总重量为100重量份计,所述树脂10~70%重量份。
可用于本发明的市售树脂包括:长兴化学工业股份公司生产两官能聚氨酯丙烯酸酯Etercure 6112-100,Etercure 6130B-30、六官能聚氨酯丙烯酸酯Etercure6145-100,Etercure 6195-100,Etercure 6196-100,Etercure 6161-100,环氧丙烯酸酯Etercure 621-100、Etercure 6210G,Etercure 6215-100,Etercure 623A-80,聚酯丙烯酸酯Etercure 6315、Etercure 601Q-35、Etercure 604Q-35。
添加剂可为任何本发明所属技术领域中公知的种类,可用于本发明的塑料基材的添加剂例如但不限于,选自由润湿剂、平坦剂、消泡剂、分散剂及其组合所组成的群组,以所述涂布组合物的总重量为100重量份计,所述添加剂0.1~10重量份。
光引发剂,可为任何本发明所属技术领域中公知的种类,可用于本发明的光引发剂的种类例如但不限于,长兴化学工业股份公司的PI 184(1-羟基-环己基-苯基甲酮)、PI 1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)、PI BP(二苯甲酮)、PI TPO(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦)、PI 907(2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮)。以所述涂布组合物的总重量为100重量份计,所述光引发剂为1~10重量份。
本发明的涂布组合物,任选地包含溶剂,所述溶剂选自:有机溶剂、水或其混合物,所述有机溶剂为:醋酸乙酯、醋酸丁酯、异丙醇、正丁醇、异丁醇、二甲苯、甲乙酮、环己酮、乙二醇单丁醚或上述混合制备而成,以所述涂布组合物的总重量为100重量份计,所述溶剂为0~60重量份。
本发明提到的上述特征,或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用,说明书中所揭示的各个特征,可以被任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明,所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
比较例1-9
组合物的制备
将高分子分散剂及有机接合剂均匀混合,再加入无机粒子混合,在研磨设备(中国台湾富鑫纳米研磨设备JBM-C020)中,于1800~3000rpm转速下,混合物与研磨球(锆珠,粒径为0.05~1毫米)混合,以湿法研磨方式制成组合物。组分的具体配比请见表1,表格中含量的数字皆以重量份表示。其中,表1中的各组分为:
a1:球形三氧化二铝无机粒子,型号Z060(平均粒径105纳米),TeknaCorpatation(Tekna公司);
a2:球形二氧化硅粒子,型号SO-E1(平均粒径120纳米),Micron Co.,Ltd.;
a3:球形二氧化硅粒子,型号SO-E2(平均粒径180纳米),Micron Co.,Ltd.;
a4:球形三氧化二铝无机粒子,型号UFP-20(平均粒径210纳米),DenkaElectronic materials公司;
a5:球形三氧化二铝无机粒子,型号UFP-40(平均粒径350纳米),DenkaElectronic materials公司;
a6:球形三氧化二铝无机粒子,型号AO-802(平均粒径510纳米),Admatechscorporation公司;
b21:高分子量分散剂(BYK180,BYK Chemical公司);
b22:高分子量分散剂(BYK2009,BYK chemical公司);
b23:高分子量分散剂(BYK163,BYK Chemical公司);
b24:高分子量分散剂(Solsperse 71000,Lubrizol Chemical公司);
c1:三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA,型号EM223,Eternal chemical公司);
c2:1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate),型号:EM221,Eternal Chemical公司);
c3:异冰片基(甲基)丙烯酸酯(Isoborny(meth)acrylate),型号:EM70,EternalChemical公司);
c4:聚氨酯,型号:6153-1,Eternal Chemical公司;
c5:环氧树脂,型号:6234,Eternal Chemical公司;
c6:聚酯,型号:6320,Eternal Chemical公司。
表1比较例1-6的配比表
采用以下仪器检测及分析条件对比较例1-9制备的组合物的性能进行检测:
采用Brookfield viscometer粘度仪测试组合物粘度。采用英国马尔文公司Malvern-ZEN3690激光粒度仪测试粒径,组合后粒径是指无机粒子于组合物中与分散剂及有机接合剂混合后所量测的粒径,粒径(1D)是指组合物静置1天后所量测的组合物中的无机粒子的粒径。粒径(1M)是指组合物静置30天后所量测的组合物中的无机粒子的粒径。采用室温静置观测及英国马尔文公司Malvern-ZEN 3690激光粒度仪测试组合物中无机粒子的分散稳定度。
表2组合物稳定性测试结果
结果如表2所示。其中,分散稳定度(1D)表示将组合物静置1天的稳定度,分散稳定度(1M)表示将组合物静置30天的稳定度;O表示无机粒子无沉降;O-表示无机粒子轻微沉降;X表示无机粒子沉降结块。
结果表明,未添加无机分散剂的组合物静置30天无机粒子沉降结块。
实施例1-9
组合物的制备
将高分子分散剂及有机接合剂均匀混合,再加入无机粒子及无机分散剂混合,在研磨设备(中国台湾富鑫纳米研磨设备JBM-C020)中,于1800~3000rpm转速下,混合物与研磨球(锆珠,粒径为0.05~1毫米)混合,以湿法研磨方式制成组合物。实施例1-6的组分配比如表3所示,表格中含量的数字皆以重量份表示。
其中,表3中的各组分为:
a1:球形三氧化二铝无机粒子,型号Z060(平均粒径105纳米),Tekna Corpatation公司;
a2:球形二氧化硅粒子,型号SO-E1(平均粒径120纳米),Micron Co.,Ltd.公司;
a3:球形二氧化硅粒子,型号SO-E2(平均粒径180纳米),Micron Co.,Ltd.公司;
a4:球形三氧化二铝无机粒子,型号UFP-20(平均粒径210纳米),DenkaElectronic materials公司;
a5:球形三氧化二铝无机粒子,型号UFP-40(平均粒径350纳米),DenkaElectronic materials公司;
a6:球形三氧化二铝无机粒子,型号AO-802(平均粒径510纳米),Admatechscorporation公司;
b11:不规则状二氧化硅无机分散剂,型号A-200,Evonick Degussa公司;
b12:不规则状氧化铝无机分散剂,型号Cabot corporation公司;
b21:高分子量分散剂(BYK180,BYK Chemical公司);
b22:高分子量分散剂(BYK2009,BYK chemical公司);
b23:高分子量分散剂(BYK163,BYK Chemical公司);
b24:高分子量分散剂(Solsperse71000,Lubrizol Chemical公司);
c1:三丙二醇二丙烯酸酯(Tripropylene Glycol Diacrylate)(TPGDA,型号EM223,Eternal chemical公司);
c2:1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate),型号:EM221,Eternal Chemical公司);
c3:异冰片基(甲基)丙烯酸酯(Isoborny(meth)acrylate),型号:EM70,EternalChemical公司);
c4:聚氨酯,型号:6153-1,Eternal Chemical公司;
c5:环氧树脂,型号:6234,Eternal Chemical公司;
c6:聚酯,型号:6320,Eternal Chemical公司。
表3实施例1-9的组分配比表
采用以下仪器检测及分析条件对实施例1-9制备的组合物的性能进行检测:
采用Brookfield viscometer粘度仪测试组合物粘度。
采用英国马尔文公司Malvern-ZEN 3690激光粒度仪测试粒径,组合后粒径是指无机粒子于组合物中与分散剂及有机接合剂混合后所量测的粒径,粒径(1D)是指组合物静置1天后所量测的组合物中的无机粒子的粒径。粒径(1M)是指组合物静置30天后所量测的组合物中的无机粒子的粒径。
采用室温静置观测及英国马尔文公司Malvern-ZEN 3690激光粒度仪测试组合物中无机粒子的分散稳定度。
结果如表4所示。其中,分散稳定度(1D)表示将组合物静置1天的稳定度,分散稳定度(1M)表示将组合物静置30天的稳定度;O表示无机粒子无沉降;O-表示无机粒子轻微沉降;X表示无机粒子沉降结块。
结果表明,与比较例1~9相比,添加无机分散剂的组合物静置30天后,无机粒子稳定地分散在组合物中,不易发生沉降。
表4组合物稳定性测试结果
实施例10-14
涂布组合物的配制
将表5所示原料依次添加混合后,高速搅拌至溶解完全,得到涂布组合物,组分的配比请见表5,表格中含量的数字皆以重量份表示。
表5中的各组分为:
Etercure6112-100:聚氨酯 ; Etercure6195-100:聚氨酯;
EM223:三丙二醇二丙烯酸酯; EM235:季戊四醇三丙烯酸酯;
Igarcure184:光引发剂,Ciba;
BYK3570:有机硅流平助剂,BYK chemical公司;
混合溶剂:醋酸丁酯:醋酸乙酯:异丙醇:正丁醇=5:1:2:2(重量比)
表5涂布组合物配比表
实施例 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
组合物来源 | - | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
组合物含量 | 0 | 5 | 5 | 5 | 5 |
Etercure6112-100含量 | 14.5 | 14.5 | 14.5 | 14.5 | 14.5 |
Etercure6195-100含量 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
EM235含量 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
EM223含量 | 10 | 5 | 5 | 5 | 5 |
Igarcure184含量 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
BYK3570含量 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
混合溶剂含量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
合计 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
实施例15~19
板材的制备及性能测试
取黑色ABS基板,喷涂表5配制而成的涂布组合物,喷涂20μm,以3.5m/min固化速度进行固化。其中,实施例15采用实施例10配制的涂布组合物,实施例16~19分别采用实施例11~14制的涂布组合物。固化后,对涂膜的性能进行测试。
测试方法如下:
硬度测试:(ASTM D3363-100)
涂膜充分固化后用1Kg重小推车推三菱铅笔测试其硬度,涂膜若被划出划痕,则表示其硬度低于此铅笔硬度,记录使涂膜刚好能划出划痕的两个铅笔硬度。
光泽度(ASTM D523-89)
涂膜棒涂于基板上,使用光泽度仪(60℃,BYK gardner漆膜光泽测试仪器)分别在纸板上取4各点:计算平均值。
耐溶剂测试(ASTM D 5402)
涂膜经过充分固化后,使用耐溶剂仪器以500g力来回擦拭,直至出现磨损和发白为标准。
耐钢丝绒测试
涂膜经过充分固化后,分别使用0#、0000#钢丝绒在表面以1Kg力来回擦拭,直至出现发雾发花为标准。
表6涂膜的性能测试结果
测试项目 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 | 实施例19 |
铅笔硬度 | HB | F | F | F | F |
耐刚丝绒/0000# | 50g | 500g | 550g | 550g | 550g |
耐刚丝绒/0# | 75g | 500g | 550g | 600g | 600g |
耐溶剂擦拭/次 | 30 | 150 | 154 | 150 | 155 |
流平(目视) | 佳 | 佳 | 佳 | 佳 | 佳 |
滑爽性能 | 佳 | 佳 | 佳 | 佳 | 佳 |
光泽度(60℃) | 96.7 | 95.8 | 96.4 | 96.3 | 95.7 |
结果如表6所示,采用本发明的组合物配制的涂料组合物得到的漆膜,与实施例15相比,显着提高了硬度和耐刮擦性。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种组合物,其特征在于,包含组分:
(a)无机粒子;
(b)分散剂;及
(c)有机接合剂,
其中,所述无机粒子为球形,平均粒径为10纳米~999纳米;
所述分散剂包含无机分散剂和高分子分散剂;
所述无机粒子的比重为s1,所述无机分散剂的比重为s2,0.05<s2/s1<1;
所述组合物为100重量份,所述无机粒子与所述无机分散剂的总重量为0.5-70重量份,所述高分子分散剂为0.1-20重量份,所述有机接合剂为10-98重量份,
其中,所述高分子分散剂选自聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚酰亚胺、聚脲、聚醚、聚硅氧烷、脂肪酸酯及其混合物,
所述无机分散剂与所述无机粒子的质量比为0.02~2:1;
且所述无机分散剂的形状为不规则状、多孔状、片状或棒状。
2.如权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物总重量为80-120重量份。
3.如权利要求2所述的组合物,其特征在于,所述组合物总重量为90-110重量份。
4.如权利要求1所述的组合物,其特征在于,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机粒子为0.25~50重量份。
5.如权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述无机粒子选自:金属氧化物粒子、陶瓷粒子或其组合;和/或
所述无机分散剂选自:三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化钛或其组合。
6.如权利要求1所述的组合物,其特征在于,以所述组合物的总重量为100重量份计,所述无机分散剂为0.1~30重量份。
7.如权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述有机接合剂选自聚醚、聚氨酯、丙烯酸酯、不饱和聚酯树脂、环氧化合物、聚酰胺、蜜胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚硅氧烷树脂、氟化聚合物树脂及其混合物。
8.如权利要求1~7任一项所述的组合物的制备方法,其特征在于,包括步骤:
(a)将所述高分子分散剂和有机接合剂均匀混合;
(b)在步骤(a)得到的混合体系中加入所述无机粒子和无机分散剂;
(c)湿法研磨获得所述组合物。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(c)采用湿法球磨,研磨球的粒径为0.01毫米~1毫米。
10.一种抗刮及耐磨的板材,其特征在于,所述板材包括:基材和涂层,其中,
所述涂层由涂布组合物涂布于所述基材的至少一个表面上,固化而成;
所述涂布组合物包含权利要求1所述的组合物。
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