CN106752827A - 一种在低表面能基材上的高附着力涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化工材料，尤其涉及一种在低表面能基材上的高附着力涂料，它包括主剂和稀释剂，在主剂中加入重量百分含量为1‑10％的硅烷偶联剂；该硅烷偶联剂的特别之处在于：同时含有巯基、氨基、仲羟基和三个可水解官能团。所述的主剂是双组份聚氨酯主剂、双组份环氧主剂和单组份丙烯酸主剂中的任一种。将这种新型硅烷偶联剂用于双组份聚氨酯主剂、双组份环氧主剂和单组份丙烯酸主剂对应的涂料中，很好的解决了常规涂料产品在玻璃、陶瓷等低表面能基材上难以附着的问题，使涂料在用于玻璃、陶瓷等低表面能基材上实用性与观赏性兼得。

Description

一种在低表面能基材上的高附着力涂料
技术领域
本发明涉及一种化工材料，尤其涉及一种在玻璃、陶瓷等低表面能基材上的高附着力涂料。
背景技术
在玻璃、陶瓷上面使用涂料，可以调配出各种颜色和效果，起到很好的装饰作用；在用于陶瓷工件的修补或玻璃陶瓷与其他基材的拼接时，使用涂料进行覆盖，可以达到美化和实用的效果。但玻璃、陶瓷等低表面能的基材上，使用常规的涂料产品，漆膜的附着力往往很差，对其实用性有很大的限制。在起到装饰效果的同时，提高漆膜的附着力，已成为人们关注的热点。
发明内容
针对现有常规溶剂型涂料，在玻璃、陶瓷等低表面能基材上难以附着的问题，本发明提供了一种在玻璃、陶瓷等低表面能基材上高附着力的涂料。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种在低表面能基材上的高附着力涂料，包括主剂和稀释剂，在主剂中加入重量百分含量为1-10％的硅烷偶联剂；所述的主剂是双组份聚氨酯主剂、双组份环氧主剂和单组份丙烯酸主剂中的任一种。所述硅烷偶联剂的结构式如下：
其中R1为1-6个碳原子的直链或支链烷基；R2为具有两个仲羟基的5-12个碳原子的直链烷基；R3为1-3个碳原子的直链烷基；R4为1-12个碳原子的直链或支链烷基。
进一步：下面分别列举硅烷偶联剂作为一种成分，直接添加到涂料中。
1、双组份聚氨酯体系包括双组份双组份聚氨酯主剂和稀释剂，双组份聚氨酯主剂又包括A组份和B组份，其分别列举如下：
(1)基本配方：
①所述甲组份中不挥发份含量为65-70％，其中：
羟基丙烯酸树脂，其粘度为3600-6000mPa·s，羟值为140-160，固含量为70±2％，用量为55-65％。
钛白粉，为氯化法生产，经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料，用量为20-30％。
润湿分散剂，为含颜料亲和基团的共聚物溶液，用量为0.5-5％。
消泡剂，为改性聚硅氧烷溶液，用量为0.1-0.5％。
流平剂，为聚醚改性聚硅氧烷溶液，用量为0.05-0.5％。
醚酯类溶剂，为丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，用量为1-8％。
酯类溶剂，为醋酸正丁酯(BAC)，用量为1-8％。
硅烷偶联剂，为含巯基-氨基三烷氧基硅烷，用量为1-5％。
以上甲组份中所含各种原材料之和为100％。
②所述乙组份中不挥发份含量为43-48％，其中：
脂肪族聚氨酯固化剂，其黏度为430-500mPa·s，固含为90％，异氰酸根含量为19.5％，用量为45-55％。
酯类溶剂，为醋酸正丁酯(BAC)，用量为45-55％。
脱水剂，为单官能团的异氰酸酯，用量为0.1-1％。
以上乙组份中所含各种原材料之和为100％。
③所述稀释剂中：
醚酯类溶剂，为丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，用量为15-40％。
酯类溶剂Ⅰ，为醋酸正丁酯(BAC)，用量为30-50％。
酯类溶剂Ⅱ，为醋酸乙酯，用量为0-30％。
以上稀释剂中所含各种原材料之和为100％。
(2)制备方法
①甲组份制备方法
步骤A：按顺序在500-800r/min转速下加入第1-4项，分散均匀后，提高转速至2500-3500r/min分散至细度≤15μm；
步骤B：调整转速至800-1200r/min下，按顺序加入第5-8项，分散15min至均匀；
步骤C：送检，合格后过滤包装。
②乙组份制备方法
将脱水剂加入到BAC中，500-800r/min转速下分散均匀，停止搅拌，放置24h脱水后，加入固化剂，充分搅拌均匀；送检，合格后包装。
③稀释剂制备方法
将三种溶剂在低速搅拌下混合均匀即可。
(3)施工说明
本发明在施工时，将甲组份与乙组份以100:50的重量分数比混合，加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，室温下干燥后即可获得附着力和装饰性能优异的涂层。
2、双组份环氧体系包括双组份环氧主剂和稀释剂，双组份双组份环氧又包括C组份和D组份，其分别列举如下：
(1)基本配方
①所述甲组份中不挥发份含量为65-70％，其中：
环氧树脂，粘度为8000-15000mPa·s，环氧当量为450-500g/eg，固体含量为75±2％，用量为50-60％。
醇类溶剂，为正丁醇，用量为1-5％。
醚类溶剂，为乙二醇单丁醚，用量为3-9％。
分散剂，为含颜料亲和基团的共聚物溶液，用量为1-3％。
增稠剂，为膨润土，用量为0.1-0.5％。
钛白粉，为硫酸法生产，经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料，用量为20-30％。
消泡剂，为改性聚硅氧烷溶液，用量为0.1-0.8％。
流平剂，为聚醚改性聚硅氧烷溶液，用量为0.1-1.5％。
以上甲组份中所含各种原材料之和为100％。
②所述乙组份中不挥发份含量为30-40％，其中：
改性脂环氧固化剂，活泼氢当量为90g/eg，粘度为800-1200mPa·s，固含量为68±2％，用量为45-55％。
醇类溶剂，为异丙醇，用量为40-60％。
硅烷偶联剂，为含巯基-氨基三烷氧基硅烷，用量为1-10％。
以上乙组份中所含各种原材料之和为100％。
③所述稀释剂中：
苯类溶剂，为甲苯，用量为60-80％。
醇类溶剂，为正丁醇，用量为20-40％。
以上稀释剂中所含各种原材料之和为100％。
(2)制备方法
①甲组份制备方法
步骤A：按顺序在500-800r/min转速下加入第1-4项，分散均匀后，加入第5项，提高转速至2000-2500r/min分散至细度≤15μm；
步骤B：调整转速至800-1200r/min下，加入第6项，提高转速至2500-3000r/min分散至细度≤15μm；
步骤C：调整转速至800-1200r/min下，加入第7和8项，分散15min至均匀；
步骤D：送检，合格后过滤包装。
②乙组份制备方法
在500-800r/min转速下将第2和3项加入到第1项中，充分搅拌均匀；送检，合格后过滤包装。
③稀释剂制备方法
将两种溶剂在低速搅拌下混合均匀即可。
(3)施工说明
本发明在施工时，将甲组份与乙组份以100:25的重量分数比混合，加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，在120℃下干燥30min后，冷却，即可获得附着力和装饰性能优异的涂层。
3、单组份丙烯酸体系包括单组份丙烯酸主剂和稀释剂，其分别列举如下：
(1)基本配方
①所述主剂中不挥发份含量为50-60％，其中：
热塑性丙烯酸树脂，为环氧改性丙烯酸树脂，粘度为5-30s，酸值≤12mgKOH/g，固体含量为50±2％，用量为45-55％。
氨基树脂，黏度为200-400s，酸值＜1mgKOH/g，固体含量为75±2％，用量为0.5-3％。
分散剂，离子羧酸类分散剂，含颜料亲和基团，用量为0.5-3％。
增稠剂，为膨润土，用量为0.1-2％。
钛白粉，为硫酸法生产，经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料，用量为25-35％。
消泡剂，为聚醚改性聚硅氧烷溶液，用量为0.1-0.8％。
流平剂，为改性丙烯酸，用量为0.1-0.8％。
酯类溶剂，为醋酸正丁酯，用量为3-15％。
醚类溶剂，为丙二醇甲醚，用量为1-8％。
硅烷偶联剂，为含巯基-氨基三烷氧基硅烷，用量为0.1-5％。
以上甲组份中所含各种原材料之和为100％。
②所述稀释剂中：
苯类溶剂，为甲苯，用量为10-50％。
醇类溶剂，为异丙醇，用量为10-40％。
醚类溶剂，为乙二醇单丁醚，用量为30-50％。
酯类溶剂，为醋酸正丁酯，用量为5-20％。
以上稀释剂中所含各种原材料之和为100％。
(2)制备方法
①主剂制备方法
步骤A：按顺序在500-800r/min转速下加入第1-3项，分散均匀后，加入第4项，提高转速至2500-3500r/min分散至细度≤15μm；
步骤B：调整转速至800-1200r/min下，加入第5项，提高转速至2500-3000r/min分散至细度≤15μm；
步骤C：调整转速至800-1200r/min下，加入第6-10项，分散15min至均匀；
步骤D：送检，合格后过滤包装。
②稀释剂制备方法
将四种溶剂在低速搅拌下混合均匀即可。
(3)施工说明
本发明在施工时，在主剂中加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，室温下干燥，即可获得附着力和装饰性能优异的涂层。
与现有技术相比；
其一、引用一种新型的硅烷偶联剂，分子式为：
其中R1为1-6个碳原子的直链或支链烷基；R2为具有两个仲羟基的5-12个碳原子的直链烷基；R3为1-3个碳原子的直链烷基；R4为1-12个碳原子的直链或支链烷基。
其二，将这种新型硅烷偶联剂用于双组份聚氨酯主剂、双组份环氧主剂和单组份丙烯酸主剂对应的涂料中，很好的解决了常规涂料产品在玻璃、陶瓷等低表面能基材上难以附着的问题，使涂料在用于玻璃、陶瓷等低表面能基材上实用性与观赏性兼得。该硅烷偶联剂的特别之处在于：同时含有巯基、氨基、仲羟基和三个可水解官能团。
其三，特殊的结构带来特殊的性能：一个分子中同时具有多个活性基点，在双组份体系中与树脂的交联度高，提高体系的交联度，促进附着力；分子中含有仲羟基，可以与单组份体系中树脂形成分子间氢键，增加缔合；-Si(OR4)3结构，三水解基团使得其与无机基材的偶联和自身缩合，保证了有机涂层和无机基材之间的链接，增强附着力。
具体实施例
本发明的主旨是把一种新型硅烷偶联剂加入到涂料主体或某一组份中，用以提高涂料在玻璃、陶瓷等低表面能基材上的附着力。下面结合实施例对本发明的内容作进一步的说明：
实施例1组：双组份聚氨酯体系，双组份聚氨酯体系包括双组份双组份聚氨酯主剂和稀释剂，双组份聚氨酯主剂又包括A组份和B组份，
按照上面的配方，和上文所述制作工艺，制备A组份、B组份和稀释剂。分别将1-5A组份与B组份以100:50的重量分数比混合，加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，室温下干燥后进行性能检测。A组份1与B组份配合为实施例1，A组份2与B组份配合为实施例2，并以此类推。
性能检测：
结果分析：在双组份聚氨酯体系中，随着硅烷偶联剂的加入，巯基和氨基与固化剂中的异氰酸根反应，增加体系的交联度同时硅烷偶联剂在有机涂层和无机底材之间起到连接作用，漆膜的附着力显著提高，硬度略有提升；加入量为3％时，达到最佳值。并且有优异的可施工性和表面效果。
实施例2组：双组份环氧体系，双组份环氧体系包括双组份环氧主剂和稀释剂，双组份双组份环氧又包括C组份和D组份，
按照上面的配方，和上文所述制作工艺，制备C组份、D组份和稀释剂。分别将甲组份与1-5D组份以100:25的重量分数比混合，加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，120℃烘烤30min，干燥后进行性能检测。C组份与D组份1配合为实施例1，C组份与D组份2配合为实施例2，并以此类推。
性能检测
结果分析：在双组份环氧体系中，随着硅烷偶联剂的加入，氨基和巯基与环氧键反应，增加体系的交联度同时硅烷偶联剂在有机涂层和无机底材之间起到连接作用，漆膜的附着力和硬度显著提高；加入量为6％时，达到最佳值。并且有优异的可施工性和表面效果。
实施例3组：单组份丙烯酸体系
按照上面的配方，和上文所述制作工艺，制备主剂和稀释剂。向主剂中加入适量的稀释剂搅拌均匀并调整至施工黏度，即可施工，室温下干燥后进行性能检测。主1与稀释剂组份配合为实施例1，主2与稀释剂份配合为实施例2，并以此类推。
性能检测：
结果分析：在单组份丙烯酸体系中，随着硅烷偶联剂的加入，在干燥的过程中，在一定程度上增加体系的交联度同时硅烷偶联剂在有机涂层和无机底材之间起到连接作用，漆膜的附着力和硬度提高；加入量为2％时，达到最佳值。并且有优异的可施工性和表面效果。
以上结果表明，该新型硅烷偶联剂在加入涂料中，能明显改善涂层在玻璃、陶瓷等低表面能基材上的附着力。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
实验过程中的检测标准：
1、ASTM D3359-2009胶带法测试涂层附着力的标准试验准则；
2、GB/T 9754-2007不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽检测；
3、GB/T 1725-2007色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定；
4、GB/T 6753.1-2007色漆、清漆和印刷油墨研磨细度的测定；
5、GB/T 1726-1989涂料遮盖力测定法；
6、GB/T 1728-1989漆膜、腻子膜干燥时间测定；
7、GB/T 6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度；
8、GB/T 6753.3-1986涂料贮存稳定性试验方法；
9、GB/T 13452.2-2008色漆和清漆漆膜厚度的测定。

Claims (10)

1.一种在低表面能基材上的高附着力涂料，包括主剂和稀释剂，其特征在于：在主剂中加入重量百分含量为1-10％的硅烷偶联剂；所述的主剂是双组份聚氨酯主剂、双组份环氧主剂和单组份丙烯酸主剂中的任一种；所述硅烷偶联剂的结构式如下：
其中R1为1-6个碳原子的直链或支链烷基；R2为具有两个仲羟基的5-12个碳原子的直链烷基；R3为1-3个碳原子的直链烷基；R4为1-12个碳原子的直链或支链烷基。
2.根据权利要求1所述的高附着力涂料，其特征在于：所述双组份聚氨酯主剂由A组份和B组份组成，A组份的重量百分组成为：羟基丙烯酸树脂55-65％、润湿分散剂0.5-5％、钛白粉20-30％、消泡剂0.1-0.5％、醚酯类溶剂1-8％、酯类溶剂1-8％、硅烷偶联剂1-5％；所述的B组份重量百分组成为：脂肪族聚氨酯固化剂45-55％、酯类溶剂45-55％、脱水剂0.1-1％；在与双组份聚氨酯主剂对应的稀释剂量重量百分组成为：醚酯类溶剂15-40％、酯类溶剂Ⅰ30-50％、酯类溶剂Ⅱ0-30％。
3.根据权利要求2所述的高附着力涂料，其特征在于：所述羟基丙烯酸树脂粘度为3600-6000mPa·s，羟值为140-160，固含量为70±2％；所述钛白粉是经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料；所述润湿分散剂是含颜料亲和基团的共聚物溶液，用量为0.5-5％；所述消泡剂是改性聚硅氧烷溶液；所述流平剂是聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述醚酯类溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯PMA；所述酯类溶剂是醋酸正丁酯BAC；所述硅烷偶联剂是含巯基-氨基三烷氧基硅烷。
4.根据权利要求2所述的高附着力涂料，其特征在于：所述脂肪族聚氨酯固化剂黏度为430-500mPa·s，固含为90％；所述酯类溶剂是醋酸正丁酯BAC；所述脱水剂是单官能团的异氰酸酯。
5.根据权利要求4所述的高附着力涂料，其特征在于：所述醚酯类溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯PMA、酯类溶剂Ⅰ是醋酸正丁酯BAC、酯类溶剂Ⅱ是醋酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的高附着力涂料，其特征在于：所述双组份环氧主剂由C组份和D组份组成，C组份的重量百分组成为：环氧树脂50-60％、醇类溶剂1-5％、醚类溶剂3-9％、分散剂0.1-3％、增稠剂0.1-0.5％钛白粉20-30％、消泡剂0.1-0.8％、流平剂0.1-1.5％；所述的D组份重量百分组成为：改性胺固化剂45-55％、醇类溶剂45-55％、硅烷偶联剂1-5％；在与双组份环氧主剂对应的稀释剂量重量百分组成为：苯类溶剂60-80、醚类溶剂20-40％。
7.根据权利要求6所述的高附着力涂料，其特征在于：所述环氧树脂，粘度为8000-15000mPa·s，环氧当量为450-500g/eg，固体含量为75±2％；醇类溶剂是正丁醇；醚类溶剂是乙二醇单丁醚；分散剂是含颜料亲和基团的共聚物溶液；增稠剂是膨润土；钛白粉是经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料；消泡剂是为改性聚硅氧烷溶液；流平剂是聚醚改性聚硅氧烷溶液。
8.根据权利要求7所述的高附着力涂料，其特征在于：所述改性脂环氧固化剂是活泼氢当量为90g/eg，粘度为800-1200mPa·s，；醇类溶剂，是异丙醇、硅烷偶联剂是含巯基-氨基三烷氧基硅烷；苯类溶剂是甲苯；醇类溶剂是正丁醇。
9.根据权利要求1所述的高附着力涂料，其特征在于：所述单组份丙烯酸主剂的重量百分组成为：热塑性丙烯酸树脂45-55％、氨基树脂0.5-3％、分散剂0.5-3％、增稠剂0.1-2％、钛白粉25-35％、流平剂0.1-0.8％、消泡剂0.1-0.8％、醚类溶剂1-8％、酯类溶剂3-15％、硅烷偶联剂0.1-5％；在与单组份丙烯酸主剂对应的稀释剂量重量百分组成为：苯类溶剂10-50％、醇类溶剂10-40％、酯类溶剂30-50％、醚类溶剂5-20％。
10.根据权利要求9所述的高附着力涂料，其特征在于：所述热塑性丙烯酸树脂是环氧改性丙烯酸树脂，粘度为5-30s，酸值≤12mgKOH/g；所述氨基树脂，黏度为200-400s，酸值＜1mgKOH/g；所述分散剂是离子羧酸类分散剂，含颜料亲和基团，用量为0.5-3％；所述增稠剂是膨润土；所述钛白粉经氧化锆/氧化铝处理而成的金红石型二氧化钛颜料；所述消泡剂是聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述流平剂是改性丙烯酸；所述酯类溶剂是醋酸正丁酯；所述醚类溶剂是丙二醇甲醚；所述硅烷偶联剂是为含巯基-氨基三烷氧基硅烷；所述苯类溶剂是甲苯；所述醇类溶剂是异丙醇；所述醚类溶剂是乙二醇单丁醚；所述酯类溶剂是醋酸正丁酯。
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