CN103205153A - 一种用于涂料中的纳米缓冲助剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于涂料中的纳米缓冲助剂以及制备方法，该助剂包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20-25%、丙二醇甲醚醋酸酯65-70%以及湿润分散剂10-15%；所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体90-95%、无水乙醇2.5-5%以及硅烷偶联剂2.5-5%；本发明的制备方法：首先先制备纳米SiO2有机物，然后混合丙二醇甲醚醋酸酯及湿润分散剂，在经过高压剪切，最后添加聚酮树脂即可获得该助剂，本发明的助剂可以提高涂料涂层的硬度、抗冲击性以及耐磨性；可以增强涂层的附着力；可以抗紫外老化和热氧老化。
Description
技术领域
本发明涉及一种助剂，更具体地涉及一种用于涂料中的纳米缓冲助剂及其制备方法。
背景技术
涂料，在中国传统名称为油漆。所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。
涂料一般由四种基本成分：成膜物质（树脂）、颜料（包括体质颜料）、溶剂和添加剂。
1．成膜物质是涂膜的主要成分，包括油脂、油脂加工产品、纤维素衍生物、天然树脂和合成树脂。成膜物质还包括部分不挥发的活性稀释剂，它是使涂料牢固附着于被涂物面上形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性。
2．助剂如消泡剂，流平剂等，还有一些特殊的功能助剂，如底材润湿剂等。这些助剂一般不能成膜，但对基料形成涂膜的过程与耐久性起着相当重要的作用。
3． 颜料一般分两种，一种为着色颜料，常见的钛白粉，铬黄等，还有种为体质颜料，也就是常说的填料，如碳酸钙，滑石粉。
4． 溶剂包括烃类。溶剂（矿物油精、煤油、汽油、苯、甲苯、二甲苯等）、醇类、醚类、酮类和酯类物质。溶剂和水的主要作用在于使成膜基料分散而形成黏稠液体。它有助于施工和改善涂膜的某些性能。
根据涂料中使用的主要成膜物质可将涂料分为油性涂料、纤维涂料、合成涂料和无机涂料；按涂料或漆膜性状可分溶液、乳胶、溶胶、粉末、有光、消光和多彩美术涂料等。
涂料性能
（1）遮盖力：遮盖力通常用能使规定的黑白格掩盖所需的涂料重量来表示，重量越大遮盖力越小。
（2）涂膜附着力：表示涂膜与基层的粘合力。
（3）粘度：粘度的大小影响施工性能，不同的施工方法要求涂料有不同的粘度。
（4）细度：细度大小直接影响涂膜表面的平整性和光泽。
但是，目前现有技术条件下所制涂料均是由有机高分子材料（树脂）和微米级颜填料所组成，这种传统涂料所形成的涂膜在经受外力冲击、磨损、刮擦、紫外线老化以及热氧老化之后非常容易发生损伤，使涂层的外观和寿命受到严重不良影响，进而影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于涂料中的能提高涂层强度、抗击力及耐磨性的纳米缓冲助剂及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于涂料中的纳米缓冲助剂，其包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20-25%、丙二醇甲醚醋酸酯65-70%以及湿润分散剂10-15%；
所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体90-95%、无水乙醇2.5-5%以及硅烷偶联剂2.5-5%。
所述纳米缓冲助剂包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%、湿润分散剂10%；所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体94%、无水乙醇3%、硅烷偶联剂3%。
所述纳米SiO2粉体的比表面积为150±25 m2/g，平均粒径为14nm。
本发明还提供一种制备上述纳米缓冲助剂的方法，其包括以下步骤：
1）首先将重量百分比为90-95%纳米SiO2粉体置于反应釜中，开动搅拌，转速为100r/min，升温至102-105℃，保温20分钟，将上述纳米SiO2粉体中水份烘干；
2）再由釜顶以喷雾方式喷入重量百分比2.5-5%无水乙醇液和2.5-5%硅烷偶联剂的混合液体，喷雾完成后，抽真空，充入氮气保护，将搅拌开至转速为500r/min，反应40分钟后，卸压抽真空包装，即得到纳米SiO2有机化改性物；
3）将2）中得到的纳米SiO2有机化改性物、丙二醇甲醚醋酸酯以及湿润分散剂进行混合，它们的重量百分比为：纳米SiO2有机化改性物20-25%、丙二醇甲醚醋酸酯65-70%以及湿润分散剂10-15%；
4）再经过高压剪切，压力控制为35000-40000psi，使SiO2颗粒的平均粒径达到30-35nm，最后添加聚酮树脂，即得到纳米缓冲助剂。
所述纳米缓冲助剂包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%、湿润分散剂10%；所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体94%、无水乙醇3%、硅烷偶联剂3%。
所述4）中的SiO2颗粒的平均粒径为35nm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
1)该助剂中的纳米SiO2颗粒与涂料中的成膜物质具有很好的界面相互作用，形成的涂膜既有增刚作用又有增韧作用，形成纳米级“褥垫”可以缓解原子或分子簇的高速冲击，该技术可以用来获得纳米级的表面涂层，从而获得高硬度、抗冲击和高度耐磨的涂层；
2) 同时纳米颗粒还可以降低涂层在干燥过程中的残余应力，从而增强涂层的附着力；
3）由于纳米SiO2存在，则它对波长400nm以内的紫外光吸收率高达70%以上，对波长400nm
以上的红外光反射率也达到70%以上，涂料可以形成屏蔽作用达到抗紫外老化和热氧老化的目的。
具体实施方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
实施例一：
本发明一种用于涂料中的纳米缓冲助剂，其包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%、湿润分散剂10%。本发明中采用的600S润湿分散剂，其为高分子不饱和羧酸配合有机硅氧烷溶液
纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体94%、无水乙醇3%、硅烷偶联剂3%。
一种制备上述的纳米缓冲助剂的方法，其包括以下步骤：
1）首先将重量百分比为94%纳米SiO2粉体置于反应釜中，开动搅拌，转速为100r/min，升温至102-105℃，保温20分钟，将上述纳米SiO2粉体中水份烘干；
2）再由釜顶以喷雾方式喷入重量百分比为3%无水乙醇液和3%硅烷偶联剂的混合液体，喷雾完成后，抽真空，充入氮气保护，将搅拌开至转速为500r/min，反应40分钟后，卸压抽真空包装，即得到纳米SiO2有机化改性物；
3）将2）中得到的纳米SiO2有机化改性物、丙二醇甲醚醋酸酯以及湿润分散剂进行混合，它们的重量百分比为：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%以及湿润分散剂10%；
4）再经过高压剪切，压力控制为35000-40000psi，使SiO2颗粒的平均粒径为35nm，最后添加聚酮树脂，即得到纳米缓冲助剂。
实施例二：
本发明一种用于涂料中的纳米缓冲助剂，其包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物25%、丙二醇甲醚醋酸酯65%、湿润分散剂15%。
纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体95%、无水乙醇2.5%、硅烷偶联剂2.5%。
一种制备上述的纳米缓冲助剂的方法，其包括以下步骤：
1）首先将重量百分比为95%纳米SiO2粉体置于反应釜中，开动搅拌，转速为100r/min，升温至102-105℃，保温20分钟，将上述纳米SiO2粉体中水份烘干；
2）再由釜顶以喷雾方式喷入重量百分比为2.5%无水乙醇液和2.5%硅烷偶联剂的混合液体，喷雾完成后，抽真空，充入氮气保护，将搅拌开至转速为500r/min，反应40分钟后，卸压抽真空包装，即得到纳米SiO2有机化改性物；
3）将2）中得到的纳米SiO2有机化改性物、丙二醇甲醚醋酸酯以及湿润分散剂进行混合，它们的重量百分比为：纳米SiO2有机物25%、丙二醇甲醚醋酸酯65%以及湿润分散剂15%；
4）再经过高压剪切，压力控制为35000-40000psi，使SiO2颗粒的平均粒径为32nm，最后添加聚酮树脂，即得到纳米缓冲助剂。
实施例三：
本发明一种用于涂料中的纳米缓冲助剂，其包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物22%、丙二醇甲醚醋酸酯67%、湿润分散剂11%。
纳米SiO2有机物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体90%、无水乙醇5%、硅烷偶联剂5%。
一种制备上述的纳米缓冲助剂的方法，其包括以下步骤：
1）首先将重量百分比为90%纳米SiO2粉体置于反应釜中，开动搅拌，转速为100r/min，升温至102-105℃，保温20分钟，将上述纳米SiO2粉体中水份烘干；
2）再由釜顶以喷雾方式喷入重量百分比为5%无水乙醇液和5%硅烷偶联剂的混合液体，喷雾完成后，抽真空，充入氮气保护，将搅拌开至转速为500r/min，反应40分钟后，卸压抽真空包装，即得到纳米SiO2有机化改性物；
3）将2）中得到的纳米SiO2有机化改性物、丙二醇甲醚醋酸酯以及湿润分散剂进行混合，它们的重量百分比为：纳米SiO2有机化改性物22%、丙二醇甲醚醋酸酯67%以及湿润分散剂11%；
4）再经过高压剪切，压力控制为35000-40000psi，使SiO2颗粒的平均粒径为30nm，最后添加聚酮树脂，即得到纳米缓冲助剂。
本发明纳米缓冲助剂的性能测试：
将纳米缓冲助剂分别添加到UV纳米耐磨涂料和羟基丙烯酸型聚氨酯纳米耐磨涂料中，UV纳米耐磨涂料和羟基丙烯酸型聚氨酯纳米耐磨涂料的性能都有所变化，详细参照下列表1和表2：
表1：UV纳米耐磨涂料性能测试
| 项目 | 测试方法 | 未添加助剂的指标 | 添加8%(重量比)助剂后指标 |
| 硬度 | 测量三菱铅笔的硬度 | 2H | 4H |
| 附着力 | 测量透明胶纸的粘着力 | 90%不脱落 | 95%不脱落 |
| 耐磨性 | 泰伯尔耐磨法 | 1000-1200 | >3000 |
| 耐磨性 | RCA纸带耐磨 | 320-350次 | >1100次 |
表2：羟基丙烯酸型聚氨酯纳米耐磨涂料性能测试
| 项目 | 测试方法 | 未添加助剂的指标 | 添加8%(重量比)助剂后指标 |
| 硬度 | 测量三菱铅笔的硬度 | HB | 2H |
| 附着力 | 测量透明胶纸的粘着力 | 90%不脱落 | 95%不脱落 |
| 耐磨性 | 泰伯尔耐磨法 | 800-850 | >2000 |
| 耐磨性 | RCA纸带耐磨 | 80次 | >200次 |
将无机的纳米SiO2颗粒先经过聚硅氧烷表面改性后，再通过不含研磨介质的精细的分散控制和稳定，做成一种纳米SiO2颗粒含量为20%的纳米缓冲表面助剂，这种助剂无需高剪切分散即可轻易地添加于溶剂型涂料中（即便是涂料用户在喷涂前添加也极为方便）。该助剂中的纳米SiO2颗粒与成膜物质具有很好的界面相互作用，形成的涂膜既有增刚作用又有增韧作用，形成纳米级“褥垫”可以缓解原子或分子簇的高速冲击，该技术可以用来获得纳米级的表面涂层，从而获得高硬度、抗冲击和高度耐磨的涂层，同时由于纳米SiO2的存在，涂膜同时具有抗紫外老化和热氧老化性能。
本发明的纳米缓冲助剂可以添加于多种溶剂型涂料中，可明显提高涂膜的硬度、附着力、抗冲击性、耐磨性和抗紫外老化性，添加该助剂改性的家具表面漆、塑胶表面漆、汽车面漆的硬度、耐磨性、耐刮伤性和耐紫外光及热氧老化性均有很大提高。并将进一步测试添加该助剂所制涂膜的阻透性、热稳定性和抗氧性、拉伸性和抗低温性等，为进一步用于飞机、太空及相关工业的高性能涂料提供依据，以大大降低维修费用。
Claims (6)
1.一种用于涂料中的纳米缓冲助剂，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20-25%、丙二醇甲醚醋酸酯65-70%以及湿润分散剂10-15%；
所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体90-95%、无水乙醇2.5-5%以及硅烷偶联剂2.5-5%。
2.如权利要求1所述的用于涂料中的纳米缓冲助剂，其特征在于：所述纳米缓冲助剂包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%、湿润分散剂10%；所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体94%、无水乙醇3%、硅烷偶联剂3%。
3.如权利要求2所述的用于涂料中的纳米缓冲助剂，其特征在于：所述纳米SiO2粉体的比表面积为150±25 m2/g，平均粒径为14nm。
4.一种制备权利要求1中所述的纳米缓冲助剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）首先将重量百分比为90-95%纳米SiO2粉体置于反应釜中，开动搅拌，转速为100r/min，升温至102-105℃，保温20分钟，将上述纳米SiO2粉体中水份烘干；
2）再由釜顶以喷雾方式喷入重量百分比2.5-5%无水乙醇液和2.5-5%硅烷偶联剂的混合液体，喷雾完成后，抽真空，充入氮气保护，将搅拌开至转速为500r/min，反应40分钟后，卸压抽真空包装，即得到纳米SiO2有机化改性物；
3）将2）中得到的纳米SiO2有机化改性物、丙二醇甲醚醋酸酯以及湿润分散剂进行混合，它们的重量百分比为：纳米SiO2有机化改性物20-25%、丙二醇甲醚醋酸酯65-70%以及湿润分散剂10-15%；
4）再经过高压剪切，压力控制为35000-40000psi，使SiO2颗粒的平均粒径达到30-35nm，最后添加聚酮树脂，即得到纳米缓冲助剂。
5.如权利要求4所述的制备纳米缓冲助剂的方法，其特征在于：所述纳米缓冲助剂包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2有机化改性物20%、丙二醇甲醚醋酸酯70%、湿润分散剂10%；所述纳米SiO2有机化改性物包括以下重量百分比的组分：纳米SiO2粉体94%、无水乙醇3%、硅烷偶联剂3%。
6.如权利要求5所述的制备纳米缓冲助剂的方法，其特征在于：所述4）中的SiO2颗粒的平均粒径为35nm。
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