CN107033642A - 用于金属表面的防污耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于金属表面的防污耐磨涂料及其制备方法；旨在提供一种易于清洁、耐磨性能优良，硬度高的用于金属表面的防污耐磨涂料；其技术方案是这样的：该防污耐磨涂料，按重量100%计，主要由下述重量百分比的组分组成：高模数硅酸钾3.2‑9.6%，硅酸锂2.4‑3.6%，硅溶胶3.2‑4.8%，氧化铝溶胶1.6‑2.4%，纳米氧化锆溶胶1.6‑2.4%，三聚磷酸硅0.8‑1.2%，余量为水，其制备方法是称取各个组分搅拌混合均匀即得；属于涂料技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料及其制备方法，更具体的说，是涉及一种专门用于金属表面的防污耐磨涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
水性涂料是一种以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料，具有无毒、无刺激气味、对人体无害不污染环境，节约资源等特点，近年来受到了人们的普遍关注，可用于金属、塑料、玻璃等多种材质上。
目前市场上用于金属表面的水性涂料存在防腐性能、抗污性能差以及附着力差等问题，在高温条件易黄变，硬度及耐磨性效果不佳，在涂层污染时，清理难度大等问题。从而导致涂层弹性容易老化、从而产生金属表面会出现大量的金属斑迹和乳化斑迹，产生以上缺陷的主要原因是由于其以水作为溶剂或分散介质，由于水的如表面张力大，汽化温度高，难润湿、不易溶等因素。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种易于清洁、耐磨性能优良，硬度高的用于金属表面的防污耐磨涂料。
本发明还有一个目的是提供上述涂料的制备方法。
为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：
一种用于金属表面的防污耐磨涂料，按重量100%计，主要由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾3.2-9.6%，硅酸锂2.4-3.6%，硅溶胶3.2-4.8%，氧化铝溶胶1.6-2.4% ，纳米氧化锆溶胶1.6-2.4%，三聚磷酸硅0.8-1.2%，余量为水。
优选的，上述的用于金属表面的防污耐磨涂料，还包括模数2.8-4.2的硅酸钾 4-8%。
优选的，上述的用于金属表面的防污耐磨涂料，所述的高模数硅酸钾粒径为110-140nm，模数为5-7，固含为30-40%
优选的，上述的用于金属表面的防污耐磨涂料，所述的高模数硅酸钾制备方法为向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度50~70℃，先慢后快滴加硅溶胶和硅烷偶联剂，保温反应3小时，得到高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶和硅烷偶联剂的摩尔比为摩尔比为1﹕1.8-3.2﹕0.6-1.2。
优选的，上述的用于金属表面的防污耐磨涂料，所述的硅溶胶的粒径为3-15nm。
优选的，上述的用于金属表面的防污耐磨涂料，所述的硅烷偶联剂为环氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的其中之一或者任意组合。
本发明提供的后一个技术方案是制备上述用于金属表面的防污耐磨涂料的方法，该方法依次包括下述步骤：
1）称取各个组分；
2）将步骤1）称取的各个组分搅拌混合均匀即得。
更优选的，上述的的用于金属表面的防污耐磨涂料的制备方法，步骤1）包括称取低模数硅酸钾 4-8%。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下技术优点﹕
1、本发明提供的技术方案中采用三聚磷酸硅固化剂与其它组分相互增效，使涂层固化时间缩短，耐水能力增强，强度增大，耐酸碱性增强，更耐高温，在600℃不易变黄。
2、本发明提供的技术方案采用高模数硅酸钾，硅酸锂，硅溶胶，氧化铝溶胶和纳米氧化锆溶胶相互协同作用，使得涂层的易洁性、耐磨性、硬度都得到大幅的提升；此种组合有助于得到更致密的晶形结构，并且可以防止金属离子的溢出。
3、本发明提供的技术方案采用高模数硅酸钾和低模数硅酸钾，高模数硅酸钾的添加可以提高涂层在金属上的附着力，提高涂料在金属上的铺展能力，提高硅酸钾在涂料体系中的储存稳定性，涂料固化后还可以延长基材的防腐年限，增加基材的使用寿命。
总而言之，本发明提供的技术方案所得涂层具有优异水性易洁性和耐磨性，较高的硬度，易于将沾在涂层表面的污物通过水冲洗或擦试而除去，并且对不锈钢基材有良好的保护和防腐作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的权利要求作进一步的限定，任何人在本发明权利要求保护范围之内所有的有限次修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内，需要说明的是，本发明未特别强调的原料，均采用本领域常规原料。
实施例1
本发明提供的一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾3.2g，硅酸锂3.6g，日产化学工业株式会社的ST-N系列粒径为3nm的硅溶胶3.2g，氧化铝溶胶2.4g ，纳米氧化锆溶胶1.6g，三聚磷酸硅1.2g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为：向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，在温度70℃，先慢后快滴加硅溶胶和γ-氨丙基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为110nm，模数为5，固含为40%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶和γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕1.8﹕1.2。
实施例2
本发明提供的另一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾9.6g，硅酸锂2.4g，日产化学工业株式会社ST-C系列粒径为3nm的硅溶胶4.8g，其粒径为15nm，氧化铝溶胶1.6g ，纳米氧化锆溶胶2.4g，三聚磷酸硅0.8g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为：向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度50℃，先慢后快滴加硅溶胶和甲基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为140nm，模数为6，固含为35%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶和甲基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕3.2﹕0.6。
实施例3
本发明提供的另一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾4g，硅酸锂3g，格雷斯的FM系列粒径为3nm的硅溶胶4g，氧化铝溶胶2g ，纳米氧化锆溶胶2g，三聚磷酸硅1g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为：向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度60℃，先慢后快滴加硅溶胶和环氧丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为12nm，模数为6，固含为33%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶、环氧丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕2﹕0.6﹕0.3。
实施例4
本发明提供的另一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾8g，硅酸锂3g，格雷斯的PX-30系列粒径为7nm的硅溶胶4g，氧化铝溶胶2g ，纳米氧化锆溶胶2g，三聚磷酸硅1g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为：向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度55℃，先慢后快滴加硅溶胶、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为130nm，模数为7，固含为36%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕2.5﹕0.8﹕0.4。
实施例5
本发明提供的另一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾4g，模数4的硅酸钾 4g，硅酸锂3g，格雷斯PX-30粒径为12nm的硅溶胶2g，氧化铝溶胶2g ，纳米氧化锆溶胶2g，三聚磷酸硅1g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度60℃，先慢后快滴加硅溶胶和环氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为120nm，模数为7，固含为35%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶、环氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕13﹕0.3﹕0.3﹕0.3。
实施例6
本发明提供的另一种用于金属表面的防污耐磨涂料，每100g由下述重量数组分组成：高模数硅酸钾8g，模数3的硅酸钾 8g，硅酸锂3g，格雷斯PX-30粒径为15nm的硅溶胶4g，氧化铝溶胶2g ，纳米氧化锆溶胶2g，三聚磷酸硅1g，余量为水。
所述的高模数硅酸钾制备方法为：向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，温度60℃，先慢后快滴加硅溶胶和环氧丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷，保温反应3小时，得到粒径为120nm，模数为7，固含为35%的高模数硅酸钾，所述的硅酸钾、硅溶胶、环氧丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的摩尔比为1﹕2.4﹕0.5﹕0.6。
实施例1至6中任意一组原料采用的纳米氧化锆溶胶均采用CN101208268中所述的方法制备。
上述用于金属表面的防污耐磨涂料的制备方法为﹕按实施例1至6中任意一组组分数称取各个组分，搅拌混合均匀即得。
具体使用时，按照实施例1至6中的任意一种配方制备的涂料，采用喷涂方式直接将本发明提供的涂料喷涂在金属表面，喷涂后先在低温下(通常50℃)烘烤10min，再在180℃烘烤60min。
为了更好的说明本发明优点，下面给出提供的防污耐磨涂料以及对比实验例的性能检测数据。
对比例1至5的配方如下表1所示，对比所采用的原料与实施例1至6采用的原料相同，其制备方法与实施例1中的制备方法基本一致，不同点在于省略掉某些组分。
实施例4、实施例5，对比实验1至5，以及市售产品1和市售产品2检测结果见表2。
表1 对比例配方
| 序号 | 物料名称 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| 1 | 高模数硅酸钾 | 8 | 8 | 8 | 0 | 8 |
| 2 | 硅酸钾 | 0 | 0 | 0 | 8 | 0 |
| 3 | 硅酸锂 | 3 | 0 | 3 | 3 | 3 |
| 4 | 硅溶胶 | 4 | 4 | 0 | 4 | 4 |
| 5 | 氧化铝溶胶 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 6 | 纳米氧化锆溶胶 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 7 | 三聚磷酸硅 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 去离子水 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
表2 检测结果
| 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 市售产品1 | 市售产品2 | |
| 涂层外观 | 透明、平整 | 透明、平整 | 透明、平整 | 透明、平整 | 透明、平整 | 透明、平整 | 不透明、平整 | 透明、平整 | 透明、平整 |
| 三菱铅笔硬度 | 9H | 9H | 7H | 7H | 8H | 7H | 6H | 6H | 5H |
| 耐磨性( 2万次) (1KG砝码、橡皮头) | 无变化 | 无变化 | 涂层透明度下降 | 涂层透明度轻微下降 | 涂层透明度轻微下降 | 涂层透明度轻微下降 | 涂层透明度轻微下降 | 涂层透明度下降 | 涂层透明度下降 |
| 附着力 | 0级 | 0级 | 1级 | 0级 | 1级 | 1级 | 1级 | 1级 | 0级 |
| 沸水煮2小时 | 无变化 | 无变化 | 小部分脱落 | 部分脱落 | 部分脱落 | 部分脱落 | 部分脱落 | 小部分脱落 | 大部分脱落 |
| 易洁性(植物油) | 良好 | 优秀 | 较好 | 较好 | 一般 | 一般 | 较差 | 一般 | 较好 |
| 耐高温(600℃、1h) | 未黄变 | 未黄变 | 轻微黄变 | 轻微黄变 | 轻微黄变 | 黄变 | 轻微黄变 | 轻微黄变 | 严重黄变 |
Claims (9)
1.一种用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，按重量100%计，主要由下述重量百分比的组分组成：高模数硅酸钾3.2-9.6%，硅酸锂2.4-3.6%，硅溶胶3.2-4.8%，氧化铝溶胶1.6-2.4% ，纳米氧化锆溶胶1.6-2.4%，三聚磷酸硅0.8-1.2%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，还包括低模数硅酸钾 4-8%，所述的低模数硅酸钾的模数为2.8-4.2。
3.根据权利要求1所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，所述的高模数硅酸钾粒径为110-140nm，模数为5-7，固含为30-40%。
4.根据权利要求1或3所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，所述的高模数硅酸钾制备方法为向三口烧瓶中加入硅酸钾，搅拌混匀，在50~70℃，先慢后快滴加硅溶胶和硅烷偶联剂，保温反应3小时，得到高模数硅酸钾。
5.根据权利要求4所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，所述的硅酸钾、硅溶胶和硅烷偶联剂的摩尔比为1﹕1.8-3.2﹕0.6-1.2。
6.根据权利要求4所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为环氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的其中之一或者任意组合。
7.根据权利要求1所述的用于金属表面的防污耐磨涂料，其特征在于，所述的硅溶胶的粒径为3-15nm。
8.制备权利要求1所述的的用于金属表面的防污耐磨涂料的方法，其特征在于，该方法依次包括下述步骤：
1）按权利要求1所述的质量百分比称取各个组分；
2）将步骤1）称取的各个组分搅拌混合均匀即得。
9.根据权利要求8所述的的用于金属表面的防污耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤1）包括称取低模数硅酸钾 4-8%。
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