CN107629673A - 一种高强度的涂层材料及其涂装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂料技术领域，涉及一种高强度的涂层材料及其涂装工艺。所述涂层材料由以下重量份数的组分组成：羟基丙烯酸乳液10～20份；聚苯乙烯接枝聚氨酯50～60份；羟甲基纤维素8～15份；填料8～15份；成膜助剂3～8份；去离子水10～15份。将所述涂料经涂装工艺涂覆于产品表面，获得的产品具有良好的耐磨、耐水解、抗老化性能。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及一种高强度的涂层材料及其涂装工艺。
背景技术
近年来塑料制品在工业产品上得到了广泛的应用，特别是在汽车、电动车领域的应用迅速扩展，越来越多的车身外饰件及内饰件开始塑料化，随之而来的对这些塑料件的装饰性和耐久性的要求也越来越高，喷涂涂料后的塑料件要求具有良好的韧性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
涂料主要有溶剂型和水性涂料两类，尽管溶剂型涂料的价格只有水性涂料的一半，但是溶剂型涂料的苯系物含量远远高于水性涂料，不仅污染环境，而且对人体有害，而水性涂料尽管价格昂贵，但却是一种环保材料，随着人们对环境保护和健康生活的重视，水性涂料越来越得到人们的认可和亲睐。
水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂与溶剂型产品相比，具有安全、不燃、无毒、不污染环境等优点。丙烯酸树脂具有快干、良好的透明性、保光保色性好等优点,而且附着力、光泽、硬度和耐候性能也较好，其缺点是最低成膜温度高、成膜性及柔韧性较差、耐水耐溶剂性差、热粘冷脆。聚氨酯分子结构中具有硬链段和软链段组成的链段结构，决定了其既坚硬又柔韧的独特性能，其两相结构使水性聚氨酯具有优异的低温成膜性、流平性及柔韧性，抗热回粘性好，但在稳定性、自增稠性、固含量、保光性等方面存在不足。因此水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂在性质上有一定的互补性，对二者进行改性，最大程度发挥二者的互补性能，来提高材料的综合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度的涂层材料及其涂装工艺，通过涂层材料组分体系的优化，结合涂装工艺，产生高亮度、耐磨和耐老化的涂装效果。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度的涂层材料，所述涂层材料包括以下重量份数的组分：
羟基丙烯酸乳液10～20份；
聚苯乙烯接枝聚氨酯50～60份；
羟甲基纤维素8～15份；
填料8～15份；
成膜助剂3～8份；
去离子水10～15份。
本发明涂料采用聚苯乙烯接枝聚氨酯、羟基丙烯酸和羟甲基纤维素复合使用，将聚氨酯的较高的拉伸强度和抗冲强度、优异的柔性和耐磨损性能与羟基丙烯酸的良好附着力、较低的成本有机结合，同时羟甲基纤维素与聚氨酯之间产生氢键作用，形成复杂的交联结构，提高材料的硬度。本发明使用聚苯乙烯链段接枝的聚氨酯，当涂料喷涂在产品表面时，聚氨酯段向涂层内部伸展，与底层有机结合，而聚苯乙烯链段向外伸展，在涂层表面形成聚苯乙烯链段结构，赋予涂层表层优异的耐磨耐腐蚀性能。
作为优选，聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的2～10％。聚苯乙烯链段占聚氨酯比重越大，在涂层表层形成的聚苯乙烯链段越多，涂层的性能越好，但是聚苯乙烯以嵌段形式进入聚氨酯大分子链段，这在一定程度上打乱了聚氨酯本来规整的分子链序列，对聚氨酯的力学性能产生影响。所以聚苯乙烯链段控制为聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的2～10％。
作为优先，聚苯乙烯接枝聚氨酯的制备方法为：将聚乙二醇在100～110℃，真空脱水2～3h，降至50～60℃卸真空，加入计量好的甲苯二异氰酸酯(TDI)和真空脱水的聚苯乙烯，在80～85℃反应2～3h，真空脱气20～30min后，得到聚苯乙烯接枝聚氨酯。
作为优选，所述填料为30～50％w/w碳纤维短纤以及50～70％w/w碳化硅晶须形成的混合物。
作为优选，所述碳纤维短纤和碳化硅晶须形成的混合物被环糊精包裹。环糊精为特殊的环状结构，其具有疏水的空腔，碳纤维短纤和碳化硅晶须通过特殊的制备方法容易进入环糊精疏水空腔，形成的环糊精包覆填料因颗粒表面环糊精的亲水键存在，从而大大提高了其与材料基体的相容性，最大程度发挥碳纤维短纤和碳化硅晶须的补强作用，且因为环糊精分子的柔软性，包裹碳纤维短纤和碳化硅晶须，也可以提高材料的韧性。
作为优选，所述环糊精包裹的制备过程包括：将环糊精分散于乙醇中，3000～5000r/min搅拌20～40min，然后升温至80～100℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，300～500r/min持续搅拌，保温反应3～5h，过滤、洗涤、干燥。
作为优选，所述环糊精与填料的质量比为(15～18)：1。确保环糊精的用量能完全包裹住填料。
作为优选，所述成膜助剂二乙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇苯醚中的至少一种。
为了实现本发明的另一个目的，本发明采用以下技术方案：一种高强度涂层材料的涂装工艺，所述涂装工艺包括：
S1、前处理：将待加工的产品送入喷房，先进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；
S2、喷底漆：将前处理后的产品用水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在20～40μm，喷涂后流平10～20min；
S3、喷面漆：在喷涂底漆的产品上喷涂本发明的涂层材料，涂膜厚度在30～50μm，喷涂后流平10～20min；
S4、固化冷却：将上述处理后的产品在70～90℃下固化30～50min，冷却。
作为优选，所述涂装工艺还包括在S3步骤后的超声波处理，超声波频率为30～100KHz，处理30～60s。对涂完面漆的产品进行超声波处理，利用超声波的高频振动冲击使面漆中各组分分布均匀，促进涂层材料中的聚氨酯段向涂层内部伸展，与底漆有机结合，提高面漆与底漆的结合力，促进聚苯乙烯链段向外伸展，在涂层表面形成聚苯乙烯链段结构，赋予涂层表层优异的耐磨耐腐蚀性能。
作为优选，所述喷房的温度为25±3℃，湿度为65±10％。
本发明与现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明涂料采用聚苯乙烯接枝聚氨酯、羟基丙烯酸和羟甲基纤维素复合使用，产生协同效应，提高涂料的性能，并添加环糊精包裹的填料，最大程度发挥填料的补强作用，各组分之间的作用使得涂料涂覆后具有良好的硬度、韧性、耐磨和耐腐蚀性。
(2)本发明的涂装工艺操作简单，节能减排，可实现涂料消耗量30％以上的消减以及高亮度、高强度的涂装效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的涂层材料由以下重量份数的组分组成：
羟基丙烯酸乳液18份；聚苯乙烯接枝聚氨酯56份；羟甲基纤维素10份；碳纤维短纤4份；碳化硅晶须8份，二乙二醇甲醚5份；去离子水12份。其中聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的8％。
将待加工的汽车内饰件送入喷房，喷房的温度为25℃，湿度为65％，进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；将前处理后的产品用市购的水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在30μm，喷涂后流平15min；在喷涂底漆的汽车内饰件上喷涂本实施例的涂层材料，涂膜厚度在40μm，喷涂后流平15min；在50KHz的超声波下处理40s，然后将超声处理后的汽车内饰件在80℃的温度下固化40min，通冷风快速冷却，即得表面涂层的汽车内饰件。
实施例2
本实施例的涂层材料由以下重量份数的组分组成：
羟基丙烯酸乳液18份；聚苯乙烯接枝聚氨酯56份；羟甲基纤维素10份；碳纤维短纤4份；碳化硅晶须8份，二乙二醇甲醚5份；去离子水12份。其中聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的8％。
碳纤维短纤和碳化硅晶须先经环糊精包裹：将环糊精分散于乙醇中，4000r/min搅拌30min，然后升温至100℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，400r/min持续搅拌，保温反应3h，过滤、洗涤、干燥，得环糊精包裹的碳纤维短纤和碳化硅晶须，其中环糊精与碳纤维短纤和碳化硅晶须混合物的质量比为12：1。
将待加工的汽车内饰件送入喷房，喷房的温度为25℃，湿度为65％，进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；将前处理后的产品用市购的水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在30μm，喷涂后流平15min；在喷涂底漆的汽车内饰件上喷涂本实施例的涂层材料，涂膜厚度在40μm，喷涂后流平15min；在50KHz的超声波下处理40s，然后将超声处理后的汽车内饰件在80℃的温度下固化40min，通冷风快速冷却，即得表面涂层的汽车内饰件。
实施例3
本实施例的涂层材料由以下重量份数的组分组成：
羟基丙烯酸乳液18份；聚苯乙烯接枝聚氨酯56份；羟甲基纤维素10份；碳纤维短纤4份；碳化硅晶须8份，二乙二醇甲醚5份；去离子水12份。其中聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的8％。
碳纤维短纤和碳化硅晶须先经环糊精包裹：将环糊精分散于乙醇中，4000r/min搅拌30min，然后升温至100℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，400r/min持续搅拌，保温反应3h，过滤、洗涤、干燥，得环糊精包裹的碳纤维短纤和碳化硅晶须，其中环糊精与碳纤维短纤和碳化硅晶须混合物的质量比为15：1。
将待加工的汽车内饰件送入喷房，喷房的温度为25℃，湿度为65％，进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；将前处理后的产品用市购的水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在30μm，喷涂后流平15min；在喷涂底漆的汽车内饰件上喷涂本实施例的涂层材料，涂膜厚度在40μm，喷涂后流平15min；在50KHz的超声波下处理40s，然后将超声处理后的汽车内饰件在80℃的温度下固化40min，通冷风快速冷却，即得表面涂层的汽车内饰件。
实施例4
本实施例的涂层材料由以下重量份数的组分组成：
羟基丙烯酸乳液18份；聚苯乙烯接枝聚氨酯56份；羟甲基纤维素10份；碳纤维短纤4份；碳化硅晶须8份，二乙二醇甲醚5份；去离子水12份。其中聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的8％。
碳纤维短纤和碳化硅晶须先经环糊精包裹：将环糊精分散于乙醇中，4000r/min搅拌30min，然后升温至100℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，400r/min持续搅拌，保温反应3h，过滤、洗涤、干燥，得环糊精包裹的碳纤维短纤和碳化硅晶须，其中环糊精与碳纤维短纤和碳化硅晶须混合物的质量比为15：1。
将待加工的汽车内饰件送入喷房，喷房的温度为25℃，湿度为65％，进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；将前处理后的产品用市购的水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在30μm，喷涂后流平15min；在喷涂底漆的汽车内饰件上喷涂本实施例的涂层材料，涂膜厚度在40μm，喷涂后流平15min；然后将处理后的汽车内饰件在80℃的温度下固化40min，通冷风快速冷却，即得表面涂层的汽车内饰件。
实施例5
羟基丙烯酸乳液20份；聚苯乙烯接枝聚氨酯60份；羟甲基纤维素12份；碳纤维短纤5份；碳化硅晶须8份，二丙二醇甲醚3份；丙二醇苯醚4份；去离子水15份。其中聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的7％。
碳纤维短纤和碳化硅晶须先经环糊精包裹：将环糊精分散于乙醇中，3000r/min搅拌40min，然后升温至90℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，500r/min持续搅拌，保温反应4h，过滤、洗涤、干燥，得环糊精包裹的碳纤维短纤和碳化硅晶须，其中环糊精与碳纤维短纤和碳化硅晶须混合物的质量比为16：1。
将待加工的汽车内饰件送入喷房，喷房的温度为26℃，湿度为60％，进行二氧化碳雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；将前处理后的产品用市购的水性聚氨酯环氧树脂底漆进行喷涂，涂膜厚度在25μm，喷涂后流平15min；在喷涂底漆的汽车内饰件上喷涂本实施例的涂层材料，涂膜厚度在40μm，喷涂后流平15min；在60KHz的超声波下处理50s，然后将超声处理后的汽车内饰件在90℃的温度下固化40min，通冷风快速冷却，即得表面涂层的汽车内饰件。
为了说明本发明各组分的效用，设计了以下对比例与实施例3进行对比。
对比例1
对比例1与实施例3的区别在于，使用现有技术的涂料喷涂汽车内饰件，涂装工艺同实施例3。
对比例2
对比例2与实施例3的区别在于，实施例3涂层材料中的聚苯乙烯接枝聚氨酯由普通聚氨酯取代，其它与实施例3相同
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于，聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的12％，其它与实施例3相同。
对比例4
对比例4与实施例4的区别在于，实施例3涂层材料中的碳纤维短纤和碳化硅晶须的混合物由碳纤维短纤取代，份数为12份，其它与实施例3相同。
对比例5
对比例5与实施例5的区别在于，碳纤维短纤为2份，碳化硅晶须为10份，其它与实施例3相同。
实施例和对比例所得的汽车内饰件物性见表1所示。
表1实施例1～5和对比例1～5制备的汽车内饰件性能参数
实施例3和5为本发明最优实施例，具有良好的耐磨、耐水解、抗老化性能。而对比例因组分或制备方法不完整，制备的汽车内饰件的性能远远低于实施例。
另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种高强度的涂层材料，其特征在于，所述涂层材料包括以下重量份数的组分：
羟基丙烯酸乳液10～20份；
聚苯乙烯接枝聚氨酯50～60份；
羟甲基纤维素8～15份；
填料8～15份；
成膜助剂3～8份；
去离子水10～15份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度的涂层材料，其特征在于，聚苯乙烯链段占聚苯乙烯接枝聚氨酯总量的2～10％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度的涂层材料，其特征在于，所述填料为30～50％w/w碳纤维短纤以及50～70％w/w碳化硅晶须形成的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种高强度的涂层材料，其特征在于，所述碳纤维短纤和碳化硅晶须形成的混合物被环糊精包裹。
5.根据权利要求4所述的一种高强度的涂层材料，其特征在于，所述环糊精包裹的制备过程包括：将环糊精分散于乙醇中，3000～5000r/min搅拌20～40min，然后升温至80～100℃，加入混合完全的碳纤维短纤和碳化硅晶须，300～500r/min持续搅拌，保温反应3～5h，过滤、洗涤、干燥。
6.一种高强度涂层材料的涂装工艺，其特征在于，所述涂装工艺包括：
S1、前处理：将待加工的产品送入喷房，先进行雪花清洗，再进行表面除尘除电处理；
S2、喷底漆：将前处理后的产品进行底漆喷涂，涂膜厚度在20～40μm，喷涂后流平10～20min；
S3、喷面漆：在喷涂底漆的产品上喷涂如1～5任一权利要求所述的涂层材料，涂膜厚度在30～50μm，喷涂后流平10～20min；
S4、固化冷却：将喷涂面漆后的产品在70～90℃下固化30～50min，冷却。
7.根据权利要求6所述的一种高强度涂层材料的涂装工艺，其特征在于，所述涂装工艺还包括在S3步骤后的超声波处理，超声波频率为30～100KHz，处理30～60s。
8.根据权利要求6所述的一种高强度涂层材料的涂装工艺，其特征在于，所述喷房的温度为25±3℃，湿度为65±10％。
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