CN108753023A - 一种有机硅陶瓷涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机硅陶瓷涂料及其制备方法，该涂料有A组分和B组分组成。按重量克计，所述A组分由下述原料混合分散制得：去离子水30～60，异丙醇或乙醇0～15，酸性硅溶胶0～80，无机填料0～40,着色颜料0～40，粉末涂料2～10，分散剂1～5，其它助剂0.1～1；所述B组分为甲基三烷氧基硅烷80～95，苯基三烷氧基硅烷0～6，四烷氧基硅烷0～10，二甲基二烷氧基硅烷0～8，二苯基二烷氧基硅烷0～4，不粘助剂0～5，酸性催化剂0.2～2。本发明材料在保持传统有机硅陶瓷涂料种种优点的同时，系统的解决了其固化容易开裂、在有机涂层上没有附着、重涂性差、熟化时间长等一系列缺陷，且制备工艺简单，环保性能好，容易大规模生产，涂层性能易于调节，可作为一种通用型面漆在各种基材和涂层上使用。

Description

一种有机硅陶瓷涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及氟硅新材料领域，尤其涉及一种以粉末涂料作为颜填料的有机硅陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

基于溶胶-凝胶法制备的有机硅陶瓷涂料得到越来越多的重视，它以水性纳米色浆和硅氧烷单体为原料，通过原位水解、熟化制备而成。这种涂料的设计方式大大降低有机溶剂的使用，具有绿色环保的优点。就有机硅陶瓷涂层自身的性能而言，它硬度高、耐候性好、阻燃无烟、安全无毒等。仅从抵抗外界环境破坏的角度看，它几乎具有“完美涂层”应该有的一切性能。然而，传统有机硅陶瓷涂料也存在固化和使用过程中容易开裂，重涂性不好、在有机涂层没有附着力等不可忽视的缺陷，导致它的应用仅仅局限于不粘锅、建筑幕墙、轨道交通等以铝和铝合金为基材的场合。

郭家振等(CN101760057A)选用片状颜填料和水解速率不同的硅氧烷单体为原料，发明了一种防止陶瓷涂料固化开裂的方法。赵彬彬等(CN104087160A)采用不同粒径的硅溶胶搭配使用，提高了陶瓷涂层的抗开裂性能。陈子辉等(涂料工业，2017，47(11)，1-7)报道一种用乳胶粒子增韧陶瓷涂料的方法，所研发的新型陶瓷涂料，即柔性有机硅陶瓷涂料在保持了传统陶瓷涂料的种种优点的同时，系统的解决了制约有机硅陶瓷涂料应用拓展的瓶颈问题，是该研究领域的一次重大突破。然而，选用乳胶粒子作为有机陶瓷涂料增韧体，对乳胶粒子的化学组成有近乎苛刻的要求，因此有机硅陶瓷涂料的进一步功能化设计也非常艰难。

发明内容

本发明的第一个目的是:提供一种新型的有机硅陶瓷涂料。在该涂料中，粉末涂料被用作功能型颜填料。涂料制备方法简单，原料选择空间大，涂层兼顾高硬度和高柔韧性，功能易于调节。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

粉末涂料作为颜填料的有机硅陶瓷涂料，由组分A、组分B混合制得。其中：按重量克计，所述A组分由下述原料混合分散制得：去离子水30～60，异丙醇或乙醇0～15，酸性硅溶胶0～80，无机填料0～40,着色颜料0～40，粉末涂料2～10，分散剂1～5，其它助剂0.1～1；

所述酸性硅溶胶的粒径为5～40nm，；

所述无机填料包括云母、滑石粉、氧化铝粉、晶须硅、硅微粉、玻璃鳞片、沉淀硫酸钡的任意比混合；

所述着色颜料为炭黑、铜铬黑、钛白粉、铁红、大红、酞菁蓝、酞菁绿等、以及各种特种功能颜料如珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或一种以上的混合物；

所述粉末涂料为各种热塑性和热固性粉末涂料，包括环氧粉末涂料、聚酯粉末涂料、聚丙烯酸酯类粉末涂料、氟碳类粉末涂料等；

优选的，所述粉末涂料为聚丙烯酸酯类粉末涂料和氟碳类粉末涂料，粒径5～35μm；

按重量克计，所述B组分为甲基三烷氧基硅烷80～95，苯基三烷氧基硅烷0～6，四烷氧基硅烷0～10，二甲基二烷氧基硅烷0～8，二苯基二烷氧基硅烷0～4，不粘助剂0～5，催化剂0.2～2；

所述甲基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷；四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；苯基三烷氧基硅烷为苯基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷；二甲基二烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷；二苯基二烷氧基硅烷为二苯基二甲氧基硅烷或二苯基二乙氧基硅烷。

所述不粘助剂为二甲基羟基硅油和含氟羟基硅油；

所述催化剂为盐酸、醋酸、甲酸或硫酸。

本发明的第二个目的是:提供一种粉末涂料作为颜填料的有机硅陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，它由如下步骤组成：

S1:分别准备A组分和B组分的各个原料；

S2:组分A的制备:按照组分A中的配比，将去离子水、硅溶胶、分散剂和其它助剂加入溶剂中，搅拌均匀后加入颜填料，搅拌10～20min,在研磨机中高速研磨、分散制细度≤25μm，再加入粉末涂料，继续搅拌分散30min后，加入异丙醇和乙醇,搅拌均匀过滤出料即得组分A；

S3:组分B的制备：按照组分B的配方，将硅氧烷单体、催化剂和不粘助剂加入容器中，搅拌至均一透明状态后，过滤包装即得B组分；

S4:涂料的制备：室温下，A组分和B组分按照1.5:1～3:1的比例混合，搅拌30min后静止熟化0.5～1h,再次搅拌均匀，即可喷涂使用。

本发明的技术效果是：与传统的有机硅陶瓷涂料相比，本发明在保持传统有机硅陶瓷涂料种种优点的同时，系统的解决了其固化容易开裂、在有机涂层上没有附着、重涂性差、熟化时间长等一系列缺陷；与文献报道的柔性有机硅陶瓷涂料相比，本发明采用粉末涂料作为填料，大大降低了配方对树脂结构的要求，增加了有机增韧粒子的选择性；此外，陶瓷涂层的功能也可以通过选择不同的粉末涂料作为填料进行调整和提高，比如选择氟碳粉末涂料可以大大提高陶瓷涂层的耐碱性和持久耐污性，选择大粒径的粉末涂料可以制备色彩效果更为丰富的陶瓷涂层。本发明有机硅陶瓷涂料制备工艺简单，基本不使用有机溶剂，环保性能好，容易大规模生产，作为一种通用型面漆在各种基材和涂层上均可应用。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得；实施例中使用的酸性硅溶胶为苏州纳迪微电子有限公司生产的酸性硅溶胶,其固体含量为30wt％，硅溶胶粒径为12nm，也可采用美国格雷斯化学生产的Ludox系列酸性硅溶胶；

检测陶瓷薄膜性能采用的方法如下：硬度按GB/T1730-1993方法测定；附着力按GB/T9286-1998方法测定；柔韧性按GB/T1731-1993方法测定。

比较例1：

A组分的制备：按照下表1所示的配比，现将润湿流平剂BYK-331、去离子水、分散剂AFCONA4550混合均匀，再一次加入钛白粉、云母，在高速分散剂下，研磨至粒径25μm以内。

B组分以化学纯的试剂，混合搅拌均一制得。

将A、B组分按照2:1混合，以1200r/min的速度搅拌反应30分钟，静止熟化1h后，以100目滤网过滤，用于喷涂。基材选用(1)2mm厚铝板、除油脱脂后用80目砂纸打磨；(2)涂有丙烯酸聚氨酯底漆的马口铁板，喷涂前用1000目砂纸对底涂进行粗糙化处理。

采用手动喷涂，膜厚控制在35μm左右，在60℃下闪干10min后，置于200℃下固化20min。

在固化后的有机硅陶瓷涂层上，用300目砂纸打磨后再次喷涂上述制备的陶瓷涂料，固化后观察其重涂性。

实施例1-2:

采用与比较例1中完全相同的喷涂工艺和固化方法，所不同的是，在实施例1-2中，加入一定质量分数的粉末涂料作为填料。

实施例3-5：

采用与实施例1-2完全相同的涂装工艺。所不同的是，采用不同类型的粉末涂料作为有机硅陶瓷涂料的填料，观察了不同配方下陶瓷涂层的疏水性和耐化学介质性能。所使用的基材为比较例1中所述打磨铝板。

表1、比较例1与实施例1-2配方及涂装结果

表2、实施例3-5配方及涂装结果

从上表1和表2可以看出，本发明新型有机硅陶瓷涂料减少的涂料熟化时间、大大提高了涂层开裂膜厚和在有机涂层表面的附着力。此外，陶瓷涂层的功能可以通过改变有机粉末的种类和添加量进行调节，具有广阔的应用前景。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机硅陶瓷涂料，其特征在于，它以粉末涂料作为颜填料，由组分A、组分B混合制得，按重量份计，

A组分由下述原料混合分散制得：去离子水30～60，异丙醇或乙醇0～15，酸性硅溶胶0～80，无机填料0～40,着色颜料0～40，粉末涂料2～10，分散剂1～5，其它助剂0.1～1；

B组分由下列原料混合而成：甲基三烷氧基硅烷80～95，苯基三烷氧基硅烷0～6，四烷氧基硅烷0～10，二甲基二烷氧基硅烷0～8，二苯基二烷氧基硅烷0～4，不粘助剂0～5，催化剂0.2～2。

2.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述粉末涂料为各种热塑性和热固性粉末涂料，包括环氧粉末涂料、聚酯粉末涂料、聚丙烯酸酯类粉末涂料或氟碳类粉末涂料。

3.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述粉末涂料为聚丙烯酸酯类粉末涂料和氟碳类粉末涂料，粒径5～35μm。

4.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述酸性硅溶胶的粒径为5～40nm。

5.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述无机填料包括云母、滑石粉、氧化铝粉、晶须硅、硅微粉、玻璃鳞片、沉淀硫酸钡的任意比混合。

6.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述着色颜料为炭黑、铜铬黑、钛白粉、铁红、大红、酞菁蓝、酞菁绿等、以及各种特种功能颜料如珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或一种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述甲基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷；四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；苯基三烷氧基硅烷为苯基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷；二甲基二烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷；二苯基二烷氧基硅烷为二苯基二甲氧基硅烷或二苯基二乙氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述不粘助剂为二甲基羟基硅油和含氟羟基硅油。

9.根据权利要求1所述的有机硅陶瓷涂料，其特征在于，所述催化剂为盐酸、醋酸、甲酸或硫酸。

10.一种有机硅陶瓷涂料制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

S1:分别准备A组分和B组分的各个原料；

S2:组分A的制备:按照组分A中的配比，将去离子水、硅溶胶、分散剂和其它助剂加入溶剂中，搅拌均匀后加入颜填料，搅拌10～20min,在研磨机中高速研磨、分散制细度≤25μm，再加入粉末涂料，继续搅拌分散30min后，加入异丙醇和乙醇,搅拌均匀过滤出料即得组分A；

S3:组分B的制备：按照组分B的配方，将硅氧烷单体、催化剂和不粘助剂加入容器中，搅拌至均一透明状态后，过滤包装即得B组分；

S4:涂料的制备：室温下，A组分和B组分按照1.5:1～3:1的比例混合，搅拌30min后静止熟化0.5～1h,再次搅拌均匀，即可喷涂使用。