CN106280946A - 透明耐久水性防涂鸦涂层及其涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了透明耐久水性防涂鸦涂层，包括如下组分：含羟基水性聚合物、低表面能组分、交联组分、催化剂、助溶剂、其余成分为水，涂层涂覆方法，包括以下步骤：按照成分比例配制涂层混合物；采用喷涂、浸涂、刮涂中任一种涂层工艺对基材进行涂覆；对涂层进行预烘；对预烘后的涂层进行120℃～170℃，时长为1min～2h的培烘，从而使涂层交联成膜。本发明优点在于：水分散体系环保安全；制备方法简单易行；涂层可适用于多种不同的基材；涂层具有高透明性、附着性；性能不受基材弯曲变形、刀刮、砂磨等外力、盐水腐蚀的影响。

Description

透明耐久水性防涂鸦涂层及其涂覆方法

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，尤其涉及一种透明耐久水性防涂鸦涂料技术。

背景技术

防涂鸦涂层具有拒水拒油效果，因此可防止涂层粘附水污或油污，进而可更好的保持自身清洁。从结构组成划分，防涂鸦涂层可分为表面有微纳米结构和无微纳米结构两种。借助于微纳米结构与低表面能化合物的表面修饰，涂层表面对待测液体可具有超过150度接触角(超疏水超疏油，超双疏)。为了实现超双疏性能所需要的表面粗糙度，国内外学者采用过多种方法。例如对基材进行等离子蚀刻前处理，将涂层材料熔融后静电纺丝，或者采用TiO2，ZnO，SiO2，碳纳米管以及具有复合微纳米结构的聚合物小球等粒子作为可形成粗糙度的涂层组分。然而，这些表面粗糙度对防涂鸦涂层性能的影响和限制不容忽视。像精细的微纳米表面很容易受损，粒子会影响涂层材料对基材的附着性，粒子又会对光线产生折射作用进而影响涂层的透明性。

不具有粗糙度的表面对液体的接触角不会超过120度。然而，近期研究表明这类光滑的表面仍可具有一定的拒水拒油效果。而且，相对于含有粒子的涂层，不含粒子的防涂鸦涂层具有更为优良的耐久性，附着性和透明性。这类光滑防涂鸦涂层材料具有较强的实用性，它的广泛应用有望为我们提供一个更为清洁的环境，并节约大量清洁所需的人力和物力。目前，被国内外科研工作者所实现的光滑防涂鸦涂层均含有多步反应才能得到的低表面能化合物，并使用昂贵有毒的含氟溶剂。

发明内容

本发明的目的在于获得具有高透明性，适用于多种基材，具有一定耐久性，体系无毒环保，组成均为工业化市场化化工原料的一种具有较强实用性和商业前景的水性防涂鸦层。

为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：

透明耐久水性防涂鸦涂层，按重量百分比计，各组分如下：

其余成分为水。

进一步地，所述含羟基水性聚合物是由乙烯基单体通过溶液自由基聚合或乳液聚合而成的聚合物。

进一步地，所述乙烯基单体包括丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟癸基乙基丙烯酸酯、甲基全氟丁基乙基丙烯酸酯、甲基全氟己基乙基丙烯酸酯、甲基全氟辛基乙基丙烯酸酯、甲基全氟癸基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三丙氧基硅烷中的一种或多种。

进一步地，所述的低表面能组分包括羟基硅油、烷基硅油、氨基硅油、全氟烷基烷氧基硅烷、全氟烷基三氯硅烷、羧基氟醚、羟基氟醚。

进一步地，所述的交联组分指含异氰酸根的化合物或采用封闭剂封闭的异氰酸酯类化合物。

含异氰酸根的化合物包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(m-TMXDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯(H6XDI)、降冰片烷二亚甲基异氰酸酯(NB-DI)、HDI三聚体中的一种或者多种。

采用封闭剂封闭的异氰酸酯类化合物包括2,6-二甲苯酚、三氟乙醇、三氯乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、丙二酸酯、乙酰乙酸乙酯、环己酮、甲基异丁基酮、甲乙酮肟、四甲基环丁二酮单肟、二甲基吡唑、2-乙基-4-甲基咪唑、N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸氢钠、二丁基胺、二异丙基胺、哌啶等封闭的含异氰酸根的化合物。

进一步地，所述的助溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲基甲酰胺、二醇醚、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、丙二醇和卤代烃中的一种或多种。

进一步地，所述的催化剂指对羟基和异氰酸根反应起催化作用的化合物，包括二丁基锡二月桂酸酯、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、有机铋化合物等中的一种或多种。

透明耐久水性防涂鸦涂层涂覆方法，包括以下步骤：

(1)按照成分比例配制涂层混合物；

(2)可采用喷涂、浸涂、刮涂中任一种涂层工艺对金属、木器、纸张、纺织品、玻璃中任一种基材进行涂覆；

(3)对涂层进行温度30℃～90℃，时长为1min～2h的预烘；

(4)对预烘后的涂层进行120℃～170℃，时长为1min～2h的培烘，从而使涂层交联成膜。

本发明的优点在于：

1、水分散体系环保安全，均使用工业化市场化的化工原料；

2、可使用喷涂、浸涂、刮涂工艺把涂层涂覆在基材上，制备方法简单易行；

3、涂层可适用于多种不同的基材，像各类金属、玻璃、纸张、木器、纺织品等；

4、涂层具有高透明性；

5、涂层在各类基材上均具有良好的附着性；

6、涂层的防涂鸦性能不受基材弯曲变形的影响；

7、刀刮、砂磨等外力不影响涂层的附着性和防涂鸦性能；

8、盐水腐蚀不影响涂层的附着性和防涂鸦性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是油性笔在一半覆有涂层另一半无涂层的铁板上书写的实验图；

图2是油性笔在一半覆有涂层另一半无涂层的铁板上书写，纸巾擦除后的实验图；

图3是油性笔在一半覆有涂层另一半无涂层的木器上书写的实验图；

图4是油性笔在一半覆有涂层另一半无涂层的纸张上书写的实验图；

图5是油性笔在一半覆有涂层另一半无涂层的玻璃上书写的实验图；

图6是不同液体分布在覆有涂层的纸张上的实验图；

图7是显微镜放大的蘸有墨汁的人指纹在覆有涂层和无涂覆涂层玻璃上的痕迹的实验图；

图8是基材的弯曲不影响涂层的附着性或防涂鸦性能的实验图；

图9是冲击不影响涂层的附着性或防涂鸦性能的实验图；

图10是ASTM D3359附着性实验后，涂层无掉落、防涂鸦性能佳的实验图；

图11是涂层磨损后防涂鸦性能测试实验图；

图12是涂层对金属基底抗腐蚀性测试的实验图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

按下表1的比例配制防涂鸦涂层，表中各实施例剩余比例的成分为水；

表1：

分别采用上述各实施例配制的水性防涂鸦涂层，采用刮涂的方法分别涂覆于金属、木器、纸张、纺织品、玻璃等多种基材上；然后对涂层进行温度30℃～90℃，时常1min～2h的预烘；最后对预烘后的涂层进行120℃～170℃，时长为1min～2h的培烘，从而使涂层交联成膜。

上述各实施例的涂层诸如漆膜外观、粘度、细度、表干及实干的时间、铅笔硬度等漆膜常规检测项目的检测结果均能达到技术指标，在此不赘述。以下是针对各实施例涂层在不同基材上的特性进行检测的项目：

测试一：涂层防涂鸦性能

在各实施例的涂层上用油性记号笔书写，笔迹均能够用普通纸巾完全搽除。

如图1所示，以铁板为基材，左边覆盖无色涂层，右边无覆盖涂层，使用油性笔在铁板上书写；用普通纸巾擦拭后，结果如图2所示，涂层上的笔迹能完全擦除。

如图3所示，以木器为基材，左边覆盖无色涂层，右边无覆盖涂层，使用油性笔在木器上书写；

如图4所示，以纸张为基材，左边覆盖无色涂层，右边无覆盖涂层，使用油性笔在纸张上书写；

如图5所示，以玻璃为基材，左边覆盖无色涂层，右边无覆盖涂层，使用油性笔在玻璃上书写；

从上述图中可看出涂层在多种基材上具有良好的防涂鸦性能。此外，在玻璃上的涂层效果可说明，涂层具有高透明性。

如图6所示，在涂层后的纸张表面，上面一行液滴从左到右依次是可乐、牛奶、咖啡、红酒、菜油，均无法润湿；另外下面一行液滴从左到右依次是强碱、强酸，也无法润湿或腐蚀纸张，而若是在无涂层的纸张上，上述液体将很快润湿、污染或腐蚀纸张。

图7左图是显微镜放大的蘸有墨汁的人指纹在无涂覆涂层玻璃上的痕迹；

图7右图是显微镜放大的蘸有墨汁的人指纹在涂覆有涂层玻璃上的痕迹。

可看出指纹在涂层上明显收缩并容易去除，高透明性和良好的防指纹性能使该涂层在电子设备触摸屏上具有良好的应用前景。

测试二：涂层的耐久性

图8显示基材的弯曲不影响涂层的附着性或防涂鸦性能；

采用QCJ-50漆膜冲击器，设置1kg的冲击锤上升至50cm，使其自由落体落下，对各实施例的涂层的耐冲击性能进行测试，结果显示各实施例涂层均无不正常现象，漆膜具有理想的耐冲击性；

如图9所示，铁片正反冲击均未造成涂层的开裂或脱落，此外，冲击对防涂鸦性能无不良影响。

如图10所示，采用ASTM D3359标准对涂层进行附着力测试，结果显示漆膜无掉落现象，漆膜具有理想的附着性；刀刮也不会对涂层的防涂鸦性能造成不良影响。

如图11所示，在2000目的砂纸上，负重100g的涂层磨10cm记为1回合。砂磨50回合后涂层厚度下降约1微米，磨损涂层仍具有一定的防涂鸦性能。说明即使涂层表面已被磨去，涂层的内部仍然具有理想的防涂鸦性能。

如图12所示，涂层对金属基底抗腐蚀性的测试中，将一半裸露、一半覆盖有涂层的铁片放入10wt％的NaCl溶液中，观察10天后铁片的腐蚀情况。左边无涂层的部分已严重腐蚀。而右边涂覆有涂层部分的铁片得到了很好的保护，未出现腐蚀的现象。此外，涂层在NaCl溶液中浸泡10天仍具有良好的防涂鸦性能。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

按重量百分比计，各组分如下：

2.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述含羟基水性聚合物是由乙烯基单体通过溶液自由基聚合或乳液聚合而成的聚合物。

3.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述乙烯基单体包括丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸异冰片酯、苯乙烯、全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟癸基乙基丙烯酸酯、甲基全氟丁基乙基丙烯酸酯、甲基全氟己基乙基丙烯酸酯、甲基全氟辛基乙基丙烯酸酯、甲基全氟癸基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述的低表面能组分包括羟基硅油、烷基硅油、氨基硅油、全氟烷基烷氧基硅烷、全氟烷基三氯硅烷、羧基氟醚、羟基氟醚。

5.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述的交联组分指含异氰酸根的化合物或采用封闭剂封闭的异氰酸酯类化合物。

含异氰酸根的化合物包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(m-TMXDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯(H6XDI)、降冰片烷二亚甲基异氰酸酯(NB-DI)、HDI三聚体中的一种或者多种。

采用封闭剂封闭的异氰酸酯类化合物包括2,6-二甲苯酚、三氟乙醇、三氯乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、丙二酸酯、乙酰乙酸乙酯、环己酮、甲基异丁基酮、甲乙酮肟、四甲基环丁二酮单肟、二甲基吡唑、2-乙基-4-甲基咪唑、N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸氢钠、二丁基胺、二异丙基胺、哌啶等封闭的含异氰酸根的化合物。

6.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述的助溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲基甲酰胺、二醇醚、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、丙二醇和卤代烃中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的透明耐久水性防涂鸦涂层，其特征在于：

所述的催化剂指对羟基和异氰酸根反应起催化作用的化合物，包括二丁基锡二月桂酸酯、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、有机铋化合物等中的一种或多种。

8.透明耐久水性防涂鸦涂层涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照成分比例配制涂层混合物；

(2)可采用喷涂、浸涂、刮涂中任一种涂层工艺对金属、木器、纸张、纺织品、玻璃中任一种基材进行涂覆；

(3)对涂层进行温度30℃～90℃，时长为1min～2h的预烘；

(4)对预烘后的涂层进行120℃～170℃，时长为1min～2h的培烘，从而使涂层交联成膜。