CN109337546B - 一种高性能陶瓷复合涂料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能陶瓷复合涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及技术涂料领域，具体公开一种高性能陶瓷复合涂料及其制备方法。所述高性能陶瓷复合涂料包括第一组分及第二组分，所述第一组分包括：有机硅树脂，聚天门冬氨酸酯，铝硅酸钾，陶瓷微球，润湿分散剂，流变助剂，消泡剂，流平剂；所述第二组分为脂肪族聚异氰酸酯。其优点表现在：本发明的陶瓷复合涂料不仅具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、高耐候性的优点，而且具有优异的耐化学品性，所制备的涂料外观无气泡。本发明制备方法简单，无需烘烤成膜，易于加工，常温制备条件下具有优异的性能，可用于建筑外墙耐水、耐酸碱、耐候，医院和实验室耐化学品，工业地坪高硬度耐磨损防腐蚀等应用领域。

Description

一种高性能陶瓷复合涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及技术涂料领域，具体地说，是一种高性能陶瓷复合涂料及其制备方法。
背景技术
聚脲弹性体是一种新型环保涂料，美国聚脲发展协会对聚脲的定义是由异氰酸酯封端的预聚物与氨基化合物组分反应生成的高聚物。聚脲材料家族目前有三个分支，分别为芳香族聚脲、常规脂肪族聚脲和聚天门冬氨酸酯聚脲，目前在应用芳香族聚脲和聚天门冬氨酸酯聚脲市场占有率最高。芳香族聚脲是开发最早、应用最广的聚脲，由于异氰酸酯和胺类扩链剂都带苯环结构，芳香族聚脲在紫外线照射下，易氧化生成醌亚胺而黄变明显，因此不适合在户外环境中使用。聚天门冬氨酸酯聚脲材料是聚脲工业领域出现的一种具有慢反应特性的、高性能的脂肪族涂层材料，被称为第三代聚脲。聚天门冬氨酸酯分子结构中的氨基，处于空间冠状位阻环境的包围中，通过人为增加其分子中空间冠状基团的位阻密度，可合成出凝胶时间从几分钟到几小时不等的一系列新型聚脲材料。聚天门冬氨酸酯聚脲涂料主要应用于汽车、铁路车辆、桥梁管道、钢结构、集装箱等领域，存在漆膜硬度不够高、容易出划痕、耐化学性差、耐候性差等缺点。
中国专利2013100788388公开了一种双组份液体保护漆，其是由主漆组份和固化剂组份构成；主漆组份由甲基苯基硅树脂10～30份、聚天门冬氨酸酯10～25份、结晶硅铝酸盐1～3份、丙二醇甲醚醋酸酯40～60份、纳米二氧化硅2～6份、微粉化聚乙烯蜡0～4份、无定形硅酸0～4份构成；固化剂组份由4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯80～100份、丙二醇甲醚醋酸酯0～20份构成；两种组份的混合比例为：主漆组份/固化剂组份＝5：1～20：1，该涂料无需基材预处理的成本，节约时间，施工方便简单，物料损耗小。然而该专利解决的是抗碘酒和碘溶剂性能的问题。中国专利2011103116415公开一种风电叶片用厚浆快干型耐候耐磨涂料及其制备方法，由甲组份、乙组份两种组份构成；其中甲组份组成为：聚天门冬氨酸酯A、聚天门冬氨酸酯B、润湿分散剂、触变剂、吸水剂、偶联剂、颜料、填料、消光剂、紫外线吸收剂、增滑、抗划伤及防沾污剂、流平剂、消泡剂、稀释剂；、乙组份为弹性脂肪族异氰酸酯预聚物，按以下质量百分比合成：弹性羟基树脂30-60、多元醇5-20、脂肪族二异氰酸酯15-30、纳米材料1-10、硅烷偶联剂0.1-1.5、催化剂0.01-0.1、环己酮5-10、丙二醇甲醚醋酸酯5-10；填料为陶瓷粉、石英粉、云母粉、晶须硅、刚玉粉中的一种或几种任意比例的组合，填料的粒度要求在35μm以下。该涂料耐候性能优异，具有较高的拉伸强度与断裂伸长率，然而其组分多，制备成本高，难以推广使用。现有技术中，关于本发明具有硬度、耐热性、耐候性、耐化学品性优异的陶瓷复合涂料，目前还未见报道。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有技术中的不足，提供一种高性能陶瓷复合涂料。
本发明的第二个目的是针对现有技术中的不足，提供如上所述高性能陶瓷复合涂料的制备方法。
为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：
一种高性能陶瓷复合涂料，所述高性能陶瓷复合涂料包括第一组分及第二组分，所述第一组分包括以下组分及重量份含量：
Figure BDA0001831178470000021
所述第二组分为脂肪族聚异氰酸酯。
作为本发明的一个优选技术方案，所述第一组分包括以下组分及重量份含量：
Figure BDA0001831178470000022
Figure BDA0001831178470000031
作为本发明的一个优选技术方案，，所述第一组分包括以下组分及重量份含量：
Figure BDA0001831178470000032
作为本发明的一个优选技术方案，，所述脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
作为本发明的一个优选技术方案，，所述第一组分及第二组分的质量比为3:1。
作为本发明的一个优选技术方案，，所述陶瓷微球密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米。
作为本发明的一个优选技术方案，，所述有机硅树脂为甲基苯基聚硅氧烷树脂。
作为本发明的一个优选技术方案，，所述聚天门冬氨酸酯的当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000。
作为本发明的一个优选技术方案，，所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，所述铝硅酸钾的孔径为0.3nm，所述润湿分散剂为BYK-2055，所述流变助剂为改性脲溶液，所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂，所述流平剂为聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：
如上任一所述高性能陶瓷复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量份称取原料；(2)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入容器中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度1-10微米，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(3)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
本发明优点在于：
1、本发明的陶瓷复合涂料不仅具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、高耐候性的优点，而且具有优异的耐化学品性，所制备的涂料外观无气泡。
2、本发明的陶瓷复合涂料制备方法简单，无需烘烤成膜，易于加工，常温制备条件下具有优异的性能，可用于建筑外墙耐水、耐酸碱、耐候，医院和实验室耐化学品，工业地坪高硬度耐磨损防腐蚀等应用领域。
3、本发明创造性的将有机硅树脂与陶瓷微球同时使用，有机硅树脂与陶瓷微球协同作用极大的提高了涂料的强度、耐腐蚀性能以及耐污性能。
4、本发明通过大量试验筛选，选择甲基苯基聚硅氧烷树脂有机硅树脂，聚天门冬氨酸酯聚脲与甲基苯基聚硅氧烷树脂形成互穿的三维空间网状结构，极大的提高了陶瓷复合涂料的硬度、耐候性、耐化学和耐磨损性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1高性能聚天门冬氨酸酯聚脲涂料的制备
Figure BDA0001831178470000041
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIVA3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米，D50为3微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000052
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
实施例2高性能聚天门冬氨酸酯聚脲涂料的制备
Figure BDA0001831178470000051
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIVA3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米，D50为3微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000062
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
实施例3高性能聚天门冬氨酸酯聚脲涂料的制备
Figure BDA0001831178470000061
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度1-10微米，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIVA3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米，D50为3微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000072
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例1
Figure BDA0001831178470000071
制备方法：(1)将陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3：1；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的DesmophenNH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIV A3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000073
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例2
Figure BDA0001831178470000081
制备方法：(1)将有机硅树脂、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIVA3，分子筛孔径为0.3nm；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000082
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例3
Figure BDA0001831178470000091
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA GlycolEthe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000092
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例4
Figure BDA0001831178470000101
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3：1，所述有机硅树脂为SH-023环氧改性有机硅树脂；所述聚天门冬氨酸酯为科思创的Desmophen NH1420中聚天门冬氨酸酯，当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIV A3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为3M的W210，密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA Glycol Ethe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000102
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例5
Figure BDA0001831178470000111
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3∶1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为中聚天门冬氨酸酯，当量为200-250，25℃时粘度约为800-1000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIV A3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为密度为2.1g/cc，粒径为12-200微米，D50为40微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA Glycol Ethe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000112
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
对比例6
Figure BDA0001831178470000121
制备方法：(1)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入缸中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度10微米以下，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(2)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
其中：A组分与B组分的质量比为3∶1，所述有机硅树脂为迈图Momentive的TSR-144甲基苯基聚硅氧烷树脂；所述聚天门冬氨酸酯为中聚天门冬氨酸酯，当量为300-350，25℃时粘度约为2000-3000；所述铝硅酸钾为Grace格雷斯的SYLOSIV A3，分子筛孔径为0.3nm；所述陶瓷微球为密度为2.3g/cc，粒径为1-40微米，D50为10微米；润湿分散剂为BYK的DISPERBYK-2055；所述流变助剂为BYK-D410的改性脲溶液；所述消泡剂为BYK-066N的聚硅氧烷溶液；所述流平剂为BYK-320的聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷溶液；所述溶剂为美国陶氏Dowanol PMA Glycol Ethe的丙二醇甲醚醋酸酯；所述脂肪族聚异氰酸酯为
Figure BDA0001831178470000122
N3390的六亚甲基二异氰酸酯。
性能测试
将实施例1-3及对比例1-6的A、B组分按照质量比3∶1倒入容器中，使用搅拌机以300r/min匀速搅拌2-3分钟，直接喷涂或者刷涂于样板上，按照标准进行制样检测，检测标准及检测结果如下表所示。
Figure BDA0001831178470000131
Figure BDA0001831178470000141
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高性能陶瓷复合涂料，其特征在于，所述高性能陶瓷复合涂料包括第一组分及第二组分，所述第一组分包括以下组分及重量份含量：
Figure FDA0002642996660000011
所述第二组分为脂肪族聚异氰酸酯；
所述有机硅树脂为甲基苯基聚硅氧烷树脂；
所述脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯；
所述聚天门冬氨酸酯的当量为260-300，25℃时粘度约为1000-2000；
所述高性能陶瓷复合涂料还包括溶剂，所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
2.根据权利要求1所述的高性能陶瓷复合涂料，其特征在于，所述第一组分包括以下组分及重量份含量：
Figure FDA0002642996660000012
3.根据权利要求1所述的高性能陶瓷复合涂料，其特征在于，所述第一组分及第二组分的质量比为3:1。
4.根据权利要求1所述的高性能陶瓷复合涂料，其特征在于，所述陶瓷微球密度为2.4g/cc，粒径为1-12微米。
5.根据权利要求1所述的高性能陶瓷复合涂料，其特征在于，所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，所述铝硅酸钾的孔径为0.3nm，所述润湿分散剂为BYK-2055，所述流变助剂为改性脲溶液，所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂，所述流平剂为聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷。
6.权利要求1-5任一所述高性能陶瓷复合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量份称取原料；(2)将有机硅树脂、陶瓷微球、润湿分散剂、消泡剂、流变助剂依次加入容器中，高速分散20分钟，再使用砂磨机研磨分散至细度1-10微米，再依次加入聚天门冬氨酸酯、铝硅酸钾、流平剂高速分散30分钟，最后加入溶剂以调节粘度和固含量，得到A组分，过滤灌装；(3)选择六亚甲基二异氰酸酯作为B组分，直接灌装市售成品。
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