CN108774334B - Abs表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料,它由下述组分混合反应制得，按重量克计，各组分用量如下：去离子水0‑30，酸性硅溶胶0‑40，效应颜料0‑10，甲基三烷氧基硅烷20‑60，苯基三烷氧基硅烷1‑8，四烷氧基硅烷0‑10，酸性催化剂0.1‑3，固化促进剂0.1‑0.4，附着力促进剂2～5，防污助剂0.1～2，其它功能助剂0.1～0.6，醇醚类溶剂5‑15，酯类溶剂10～15。本发明的材料应用在ABS表面后，具有附着力0级、硬度1H，静态水接触角≥105°等优点，显著提高了ABS基材的耐摩擦、防污性能和短时间的耐高温、阻燃能力。

Description

ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能氟硅新材料，尤其涉及能够赋予ABS良好的防污、耐摩擦和一定阻燃效果的有机硅涂覆材料。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物，简称ABS，是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜的热塑性工程塑料。它表面光泽好，可电镀、热压和粘结，在机械、电气、汽车、飞机等制造工业中得到了极为广泛的应用，厨房里的吊顶、灯罩以及卫生间的花洒也大量使用了ABS塑料来进行制作。
但是ABS也有其自身的缺陷。首先，污渍容易通过表面渗透进塑料内部，其防污性能不理想；其次，ABS硬度低，容易划伤，对于那些表面光泽较高的ABS制品，使用的过程不可避免的摩擦、冲击都会导致其表面受损，光泽下降；第三，ABS是一种容易燃烧的塑料，并在燃烧的过程中产生特殊的气味(有毒气体)。
有机硅耐磨加硬涂覆材料是一种以硅氧烷单体为原料，通过溶胶-凝胶法制备而成的功能涂料，在光学塑料加工领域有重要的用途。它在加热及催化剂的作用下形成高度交联的、类似于玻璃的疏水硬质涂层，能够大幅度提高基材的耐摩擦能力和耐化学介质能力。CN 1752165A公布了一种有机硅透明耐磨增硬涂料的制备方法，它采用四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷与二烷氧基硅烷的混合物为原料，在酸催化作用下，水解缩合，然后加入偶联剂，熟化4～7天后，再加入固化剂制备而成。该制备周期较长，且没有考虑不同塑料基材的附着力解决方案，因此实际应用中效果差强人意。CN 101967350B采用硅溶胶、硅氧烷单体为原料，辅以聚酯类附着力促进剂和固化剂制备了一种聚碳酸酯表面无底涂的耐磨涂层材料。虽然该方法制备的材料在聚碳酸酯上附着力较好，但是耐水性欠佳。陈子辉等(涂料工业，2016,46，1～6)以甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷为原料，以盐酸胍为固化促进剂制备了PMMA用水性加硬涂料。该方法所制备的涂层性能优异，但是涂料自身的存储稳定性不好，使用不便。
相比光学塑料用有机硅耐磨加硬涂覆材料的研制，ABS表面用耐磨加硬有机硅涂覆材料的研制更具有挑战性且没有得到足够的重视。首先，大部分ABS制品的软化点较低，涂层必须筛选更为有效的固化促进剂；其次，ABS容易变形，因此涂敷在ABS表面的有机硅耐磨加硬涂层必须兼顾一定的柔韧性；第三，普通的有机硅硬质涂层在ABS上附着力欠佳，必须开发新的附着力促进方案。正因为这些原因，真正具有应用价值的ABS用有机硅耐磨加硬涂覆材料依然很少见诸报道。
发明内容
本发明的第一个目的是:提供ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料。该材料在ABS表面固化后，涂层硬度≥H，附着力0级，静态水接触角≥105°，具有优异的防污、耐摩擦效果，并可赋予ABS基材短时间的耐高温性能。
一种ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水0-30份，酸性硅溶胶0-40份，效应颜料0-10份，甲基三烷氧基硅烷20-60份，苯基三烷氧基硅烷1-8份，四烷氧基硅烷0-10份，酸性催化剂0.1-3份，固化促进剂0.1-0.4份，附着力促进剂2-5份，防污助剂0.1-2份，其它功能助剂0.1-0.6份，醇醚类溶剂5-15份，酯类溶剂10-15份；
把去离子水和酸性硅溶胶加入反应釜中，加入酸性催化剂，在搅拌状态下，加入硅氧烷单体混合物，之后依次加入附着力促进剂、防污助剂、固化促进剂，最后加入分散均匀的效应颜料调配色浆，振荡均匀后即得有机硅涂覆材料。
进一步的，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水5-25份，酸性硅溶胶5-35份，效应颜料3-8份，甲基三烷氧基硅烷25-55份，苯基三烷氧基硅烷2-7份，四烷氧基硅烷2-8份，酸性催化剂0.5-2份，固化促进剂0.2-0.3份，附着力促进剂3-4份，防污助剂0.5-1.5份，其它功能助剂0.3-0.5份，醇醚类溶剂8-12份，酯类溶剂12-14份。
进一步的，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水10-15份，酸性硅溶胶10-20份，效应颜料4-6份，甲基三烷氧基硅烷30-50份，苯基三烷氧基硅烷3-6份，四烷氧基硅烷3-6份，酸性催化剂1-1.5份，固化促进剂0.25份，附着力促进剂3-4份，防污助剂1-1.5份，其它功能助剂0.4-0.5份，醇醚类溶剂9-10份，酯类溶剂12-14份。
进一步的，所述的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。
进一步的，所述的固化剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、盐酸胍、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种或几种，或者为四甲基氢氧化铵的盐酸盐、四丁基氢氧化铵的盐酸盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的盐酸盐中的一种或几种，或者为四甲基氢氧化铵的醋酸盐、四丁基氢氧化铵的醋酸盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的醋酸盐中的一种或几种。
进一步的，所述的附着力促进剂是指弱交联的羟基丙烯酸低聚物，优选的，羟基含量占固体分1～3％，数均分子量在1000～10000之间。
进一步的，所述酸性硅溶胶的粒径为5～40nm；
进一步的，所述效应颜料是指珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或者一种以上的混合物；
所述酸性催化剂为甲酸、盐酸、醋酸；
所述防污助剂为羟基硅油或氟改性硅油；
所述其它功能助剂为润湿流平剂、消泡剂；
所述醇醚类溶剂为乙醇，异丙醇，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚中的一种或几种；
所述酯类溶剂为醋酸丁酯，醋酸乙酯中的一种或者两种混合物。
一种的ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料的制备方法，由如下步骤组成：
S1、准备原材料；
S2、把去离子水和酸性硅溶胶加入反应釜中，加入酸性催化剂，搅拌均匀，在搅拌状态下，缓慢加入硅氧烷单体混合物；滴加完毕后，升温回流反应2～3h，得甲基硅树脂溶液；
S3、待甲基硅树脂溶液冷却至室温后，依次按组分加入附着力促进剂、防污助剂、固化促进剂、其它功能助剂、醇醚类溶剂和酯类溶剂，混合均匀后成均一透明状液体；
S4、最后加入分散均匀的效应颜料调配色浆，振荡均匀后即可使用。
本发明的技术效果是：本发明各组份用量如下：去离子水0-30份，酸性硅溶胶0-40份，效应颜料0-10份，甲基三烷氧基硅烷20-60份，苯基三烷氧基硅烷1-8份，四烷氧基硅烷0-10份，酸性催化剂0.1-3份，固化促进剂0.1-0.4份，附着力促进剂2-5份，防污助剂0.1-2份，其它功能助剂0.1-0.6份，醇醚类溶剂5-15份，酯类溶剂10-15份；弱交联的羟基丙烯酸低聚物类附着力促进剂的引入，既大大提高了有机硅耐磨加硬涂层在ABS基材上的附着力，又赋予硬质涂层一定的柔韧性，避免了ABS基材发生变形或弯曲时加硬涂层开裂的情况；固化促进剂降低了涂层的固化温度，使得涂层能够在较低的温度下顺利固化；高交联度的有机硅耐磨加硬涂层克服了ABS基材防污性能差的缺陷，防污助剂的引入进一步提高了涂层的抗沾污能力。经本发明技术方案处理后的ABS基材表面硬度超过1H，静态水接触角达到105°以上，显示出优异的耐摩擦、防污性能和短时间的耐高温、阻燃能力。
因此，该材料在ABS表面固化后，涂层硬度≥H，附着力0级，静态水接触角≥105°，具有优异的防污、耐摩擦效果，并可赋予ABS基材短时间的耐高温性能。
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；
使用的羟基丙烯酸低聚物由江苏晨光涂料公司提供，产品牌号CHG-101和CHG-104，其数均分子量分布分别在5000～7000和3200～6600，羟基含量(占固体分)分别为1.2％和2.5％；
使用的润湿流平剂为BYK-331。
检测涂层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；静态水接触角采用JC2000接触角测试仪测定。
实施例1：
①按下述配方准备各个组分
去离子16g；醋酸0.2g；甲基三甲氧基硅烷40g；苯基三甲氧基硅烷4g；CHG-101羟基丙烯酸低聚物1.5g；羟基硅油防污助剂0.8g；BYK-331润湿流平剂0.2g；四甲基氢氧化铵0.2g；乙二醇丁醚10g；醋酸丁酯15g；
②在250mL的圆底烧瓶内，依次加入去离子水和醋酸，搅拌均匀后，把甲基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷混合物缓慢滴加到烧瓶中，在25℃下搅拌反应2h完成水解预聚合。升温回流继续反应2.5h；
③在步骤②所得液体物料中，依次加入固化促进剂、防污助剂、润湿流平剂、乙二醇丁醚和醋酸丁酯，搅拌3分钟即为防污、耐磨有机硅耐磨材料(清漆)。
用实施例1所得材料喷涂在ABS基材上，涂膜厚控制在＜10μm，在60℃下固化2h。
实施例2
①按下述配方准备各个组分
去离子5g；酸性硅溶胶20g；醋酸0.2g；甲基三乙氧基硅烷56g；苯基三甲氧基硅烷4g；CHG-104羟基丙烯酸低聚物1.5g；羟基硅油防污助剂0.6g；BYK-331润湿流平剂0.2g；盐酸胍0.15g；乙二醇丁醚10g；醋酸丁酯15g；
②在250mL的圆底烧瓶内，依次加入去离子水和醋酸，搅拌均匀后，把甲基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷混合物缓慢滴加到烧瓶中，在25℃下搅拌反应2h完成水解预聚合。升温回流继续反应2.5h；
③在步骤②所得液体物料中，依次加入固化促进剂、防污助剂、润湿流平剂、乙二醇丁醚和醋酸丁酯，搅拌3分钟即为防污、耐磨有机硅耐磨材料(清漆)。
用实施例1所得材料喷涂在ABS基材上，涂膜厚控制在＜10μm，在60℃下固化2h。
实施例3
①按下述配方准备各个组分
酸性硅溶胶26g；醋酸0.2g；甲基三甲氧基硅烷52g；苯基三甲氧基硅烷6g；CHG-101羟基丙烯酸低聚物2g；羟基硅油防污助剂0.8g；BYK-331润湿流平剂0.2g；四甲基氢氧化铵0.2g；乙二醇丁醚10g；醋酸丁酯15g；珠光云母0.4g
②在250mL的圆底烧瓶内，依次加入去离子水和醋酸，搅拌均匀后，把甲基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷混合物缓慢滴加到烧瓶中，在25℃下搅拌反应2h完成水解预聚合。升温回流继续反应2.5h；
③在步骤②所得液体物料中，依次加入固化促进剂、防污助剂、润湿流平剂、乙二醇丁醚和醋酸丁酯，搅拌3分钟.加入珠光云母搅拌均匀，即得具有闪光效应的ABS防污、耐磨有机硅涂覆材料。
用实施例1所得材料喷涂在ABS基材上，涂膜厚控制在＜15μm，在60℃下固化2h。
实施例1～3所得涂层的性能见下表。
Figure BDA0001708129530000061
Figure BDA0001708129530000071
可以看出，本发明材料在ABS基材上外观良好，具有优异的附着力；涂层硬度高，耐化学，耐沾污性能突出。此外，本发明材料不含有任何有毒有害的物质，还可以根据需要制备成各种色漆，具有广阔的市场前景。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 (3)

1.一种ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料，其特征在于，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水0-30份，酸性硅溶胶0-40份，效应颜料0-10份，甲基三烷氧基硅烷20-60份，苯基三烷氧基硅烷1-8份，四烷氧基硅烷0-10份，酸性催化剂0.1-3份，固化促进剂0.1-0.4份，附着力促进剂2-5份，防污助剂0.1-2份，其它功能助剂0.1-0.6份，醇醚类溶剂5-15份，酯类溶剂10-15份；
把去离子水和酸性硅溶胶加入反应釜中，加入酸性催化剂，在搅拌状态下，加入硅氧烷单体混合物，滴加完毕后，升温回流反应2～3h，得甲基硅树脂溶液；待甲基硅树脂溶液冷却至室温后，之后依次加入附着力促进剂、防污助剂、固化促进剂、其它功能助剂、醇醚类溶剂和酯类溶剂，混合均匀后成均一透明状液体；最后加入分散均匀的效应颜料调配色浆，振荡均匀后即得有机硅涂覆材料；
所述的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；
所述的固化促进剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、盐酸胍、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种或几种，或者为四甲基氢氧化铵的盐酸盐、四丁基氢氧化铵的盐酸盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的盐酸盐中的一种或几种，或者为四甲基氢氧化铵的醋酸盐、四丁基氢氧化铵的醋酸盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的醋酸盐中的一种或几种；
所述的附着力促进剂是指弱交联的羟基丙烯酸低聚物，羟基含量占固体分1～3％，数均分子量在1000～10000之间；
所述酸性硅溶胶的粒径为5～40nm；
所述效应颜料是指珠光颜料、金属颜料调配色浆中的一种或者一种以上的混合物；
所述酸性催化剂为甲酸、盐酸、醋酸；
所述防污助剂为羟基硅油或氟改性硅油；
所述其它功能助剂为润湿流平剂、消泡剂；
所述醇醚类溶剂为乙醇，异丙醇，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚中的一种或几种；
所述酯类溶剂为醋酸丁酯，醋酸乙酯中的一种或者两种混合物。
2.根据权利要求1所述的ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料，其特征在于，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水5-25份，酸性硅溶胶5-35份，效应颜料3-8份，甲基三烷氧基硅烷25-55份，苯基三烷氧基硅烷2-7份，四烷氧基硅烷2-8份，酸性催化剂0.5-2份，固化促进剂0.2-0.3份，附着力促进剂3-4份，防污助剂0.5-1.5份，其它功能助剂0.3-0.5份，醇醚类溶剂8-12份，酯类溶剂12-14份。
3.根据权利要求1所述的ABS表面用防污、耐磨有机硅涂覆材料，其特征在于，它由下述组分混合反应制得，按重量份计，各组份用量如下：去离子水10-15份，酸性硅溶胶10-20份，效应颜料4-6份，甲基三烷氧基硅烷30-50份，苯基三烷氧基硅烷3-6份，四烷氧基硅烷3-6份，酸性催化剂1-1.5份，固化促进剂0.25份，附着力促进剂3-4份，防污助剂1-1.5份，其它功能助剂0.4-0.5份，醇醚类溶剂9-10份，酯类溶剂12-14份。
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