CN109749489A - 涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涂料组合物及其制备方法和应用，所述涂料组合物包括含有硅酸锂的粘合剂和金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基，所述硅酸锂与所述超微粒子的固含量之比为1：2～5。本发明解决了在使用水溶性有机高分子的水溶液作为涂料涂装的方法，存在经雨水或流水冲刷后，涂装膜会溶解流失的耐久性的问题。

Description

涂料组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种涂料组合物及其制备方法和应用。

背景技术

对于如窗玻璃等暴露在外界的玻璃材料，漂浮在空气中的污染物质会以静电等的吸引力或雨水作为媒介而附着其上，使玻璃材料的表面受到污染，外观变脏。且，该污染物质经久而固着，仅靠降雨或流水冲洗无法使其掉落。

另一方面，客车、火车等车辆本体的外装，或者一般住房、办公楼等的建筑物的外装，为了提升外观的美观，或防止基材受到生锈等的腐蚀，广泛采用有机高分子涂料的涂装。以下将采用有机高分子涂料涂装形成的膜称为有机高分子涂装膜或简单地称为有机涂装膜。

表面形成有上述有机涂装膜的车辆本体或建筑物也由于暴露在外界中，而与上述同样地会在有机涂装膜上附着污染物质，使车辆本体或建筑物的表面受到污染，外观变脏。且，该污染物质经久而固着在有机涂装膜上，仅靠降雨或流水冲洗无法使其掉落。

关于玻璃材料或有机涂装膜上附着的污染物质的去污性能，根据相对接触多物质界面能量的理论，上述玻璃材料或有机涂装膜表面的水滴接触角较小，也就是说，玻璃材料或有机涂装膜表面的亲水性越高，污染物质的流水去污性能就越佳。水滴接触角(水滴角)，即水和固体接触后产生一个角度(θ)。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。

附图图1为由在空气中(A)及在水中(W)具有各种水滴接触角的基材表面上碳键能量实验结果所绘制的图。在此，碳物质即代表污染物质，碳键能量越小，就表示污染物质越容易去除。图中显示，在水中(W)，基材表面的水滴接触角越小，也就是说，基材表面的亲水性越高，则碳键能量就越小，流水去污性就越佳。由于一般未洁净的玻璃材料表面的水滴接触角在30°～60°时较大，而一般用于汽车或建筑物涂装的有机涂装膜表面的水滴接触角在75°～105°时较大，根据上述结果，其为容易附着污染物质的表面。

现有在玻璃材料或有机涂装膜表面等的基材表面上涂装亲水性的涂料以使水滴接触角变小的方法中，已开发出使用聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)等的亲水性有机高分子的水溶液作为涂料涂装的方法。另外，还开发出将氧化钛微粒子分散在丙烯酸(acrylic)树脂或聚酯(Polyester)树脂等的有机树脂粘合剂中的分散物作为涂料涂装的方法。此外，还开发出将氧化钛微粒子分散在无机粘合剂的硅酸乙酯(ethyl-silicate)中的分散物作为涂料涂装的方法。

另一方面，空调机的热交换器中通常使用铝金属片来使室内空气升温或冷却，从而调整室内空调温度。而铝的表面被氧化或附着污物时，热交换率就会经久劣化的问题仍待解决。

然而，在使用水溶性有机高分子的水溶液作为涂料涂装的方法中，尽管由于基材表面的水滴接触角变小，能够达到提升流水去污性能的效果，但存在经雨水或流水冲刷后，涂装膜会溶解流失的耐久性问题。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种涂料组合物及其制备方法和应用，以解决在使用水溶性有机高分子的水溶液作为涂料涂装的方法，存在经雨水或流水冲刷后，涂装膜会溶解流失的耐久性的问题。

为实现上述目的，提供一种涂料组合物，包括含有硅酸锂的粘合剂和金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基，所述硅酸锂与所述超微粒子的固含量之比为1：2～5。

进一步的，所述金属氧化物为二氧化硅、氧化亚铅、氧化钛、掺锑氧化锡中的任意一种。

进一步的，所述超微粒子均匀地分散于所述含有硅酸锂的粘合剂中，且分散时的所述超微粒子的二次粒径小于200纳米。

本发明提供了一种涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：

提供含有硅酸锂的粘合剂；

提供金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基；

将所述含有硅酸锂的粘合剂和所述金属氧化物的超微粒子以1：2～5的固含量之比混合，得到涂料组合物。

本发明提供了一种涂料组合物的应用，将涂料组合物高压喷涂于基材上。

进一步的，所述涂料组合物的金属氧化物的超微粒子通过所述高压喷涂的冲击均匀地分散于所述涂料组合物的含有硅酸锂的粘合剂中以形成保护膜，所述保护膜硬化后的表面形成分形。

进一步的，所述基材为空调散热片。

本发明的有益效果在于，本发明的涂料组合物中的金属氧化物的超微粒子的粒子表面具有羟基(OH基)因而具有高亲水性，进而能够使涂料组合物组成物覆盖的表面的亲水性提升。本发明的涂料组合物通过上述的硅酸锂与金属氧化物的超微粒子的固含量之比，使得涂覆于基材或基材上的涂装膜的涂料组合物硬化形成的保护膜的表面形状为分形而使保护膜的亲水性进一步增强。

附图说明

图1为由在空气中(A)及在水中(W)具有各种水滴接触角的基材表面上碳键能量图。

图2为本发明的涂料组合物直接涂覆在基材上形成的被涂覆物的断面图。

图3为本发明的涂料组合物涂覆在涂布有涂装膜的基材上形成的被涂覆物的断面图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图1为由在空气中(A)及在水中(W)具有各种水滴接触角的基材表面上碳键能量图、图2为本发明的涂料组合物直接涂覆在基材上形成的被涂覆物的断面图、图3为本发明的涂料组合物涂覆在涂布有涂装膜的基材上形成的被涂覆物的断面图。

本发明提供了一种涂料组合物，包括含有硅酸锂的粘合剂和金属氧化物的超微粒子。参阅图2和图3所示，本发明的涂料组合物可直接涂敷于基材1上形成保护膜3；也可以涂敷在涂布有涂装膜2的基材1上形成保护膜3，以保护基材和涂装膜。金属氧化物的超微粒子的粒子表面具有羟基(OH基)，且硅酸锂与金属氧化物的超微粒子的固含量之比为1：2～5。

本发明的涂料组合物中的金属氧化物的超微粒子的粒子表面具有羟基(OH基)因而具有高亲水性，进而能够使涂料组合物覆盖的基材的表面的亲水性提升。本发明的涂料组合物通过以硅酸锂与金属氧化物的超微粒子的所述固含量之比，使得涂覆于基材或涂装膜上的涂料组合物硬化形成的保护膜的表面形状为分形，进而使保护膜的亲水性进一步增强。

且，由于硅酸锂本身也具有亲水性，上述的含有硅酸锂的粘合剂能够使用在亲水性高的基材的表面，也就是水滴接触角较小的基材的表面，例如能够使用在水滴接触角小于10°的基材的表面。

进一步地，本发明的涂料组合物中的含有硅酸锂的粘合剂具有较高的耐水性，不易溶解在水或雨水中，由此使得本发明的涂料组合物涂装形成的保护膜的耐久性得以提升。

且，本发明的涂料组合物中的含有硅酸锂的粘合剂对于玻璃基材等的粘着性较高，无需在基材上施行底漆处理也能够获得充足的粘着力，从而提升保护膜的耐候性。

且，本发明的涂料组合物中的含有硅酸锂的粘合剂在室温下保存也不会凝胶化，无需冷藏保存，具有较高的贮存稳定性。

如上所述，本发明的涂料组合物涂装在玻璃材料、有机涂装膜、金属或塑料等的基材上形成保护膜，使该保护膜表面的水滴接触角变小，提升去污性能，此外，还能够使所得到的保护膜的粘着性、耐久性和耐候性以及涂料组合物的贮存稳定性得以提升。

作为一种较佳的实施方式，本发明的涂料组合物的金属氧化物为二氧化硅、氧化亚铅、氧化钛、掺锑氧化锡中的任意一种，即超微粒子为二氧化硅的超微粒子、氧化亚铅的超微粒子、氧化钛的超微粒子、掺锑氧化锡的超微粒子中的任意一种。

紫外线是对人体产生烧伤、起斑、致癌、视力模糊等不利影响的要素，且会引起物品的机械强度降低、褪色等的外观劣化、食品劣化、印刷物劣化。当本发明的涂料组合物中的超微粒子为氧化亚铅超微粒子时，由于氧化亚铅超微粒子具有吸收紫外线的功效，在窗玻璃等的玻璃基材上覆盖含有氧化亚铅超微粒子的涂料组合物时，保护膜还具备防紫外线的特性。

此外，当本发明的涂料组合物中的超微粒子为氧化钛超微粒子时，由于氧化钛超微粒子起到光触媒的作用，还能够进一步地提高保护膜的亲水性。

上述的本发明的涂料组合物，优选地，超微粒子均匀地分散在含有硅酸锂的粘合剂中，且分散时的超微粒子的二次粒径在200nm以下。通过平均粒径在200nm以下，能够减小涂装得到的保护膜对可视光的影响。

前述的基材并没有特别的限定，可以采用例如铁、铝、不锈钢、铜等的金属基材，聚乙烯(polyethylene)等的聚烯烃(polyolefine)树脂、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、乙烯-乙酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate)共聚物等的乙烯类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)等的聚酯(polyester)树脂、甲基聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate methyl)等的丙烯酸树脂、聚苯乙烯(polystyrene)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚碳酸酯(polycarbonate)等的塑料基材，钢化玻璃、无碱玻璃、石英玻璃等的玻璃基材等。

尽管图3中形成有有机高分子涂装膜等的涂装膜2，但在使用例如钢化玻璃、无碱玻璃、石英玻璃等的玻璃基材时，如图2所示，涂装膜并不是必须形成的，可以直接在基材1上利用本发明的涂料组合物形成保护膜3。

在上述的基材上涂覆本发明的涂料组合物的方法，可以使用例如普通的凹版涂布、辊涂、棒涂或丝网印刷法，或这些的组合等的各种方法。

利用本发明的涂料组合物，能够使玻璃材料、形成有有机涂装膜的基材表面或金属、塑料等其他常见的基材表面的去污性能得以提升，同时也使粘着性、耐候性、组成物的保存性等得以提升。

本发明的涂料组合物基本不需要添加剂，根据需要也可以添加分散剂或稳定剂等的添加剂。

本发明还提供一种涂料组合物制备方法，包括以下步骤：

S1：提供含有硅酸锂的粘合剂.

S2：提供金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基。

S3：将金属氧化物的超微粒子与含有硅酸锂的粘合剂以1：2～5的固含量之比混合，制得涂料组合物。

本发明还提供一种涂料组合物的应用，包括将上述的涂料组合物高压喷涂于基材上。

较佳的，所述涂料组合物的金属氧化物的超微粒子通过所述高压喷涂的冲击均匀地分散于所述涂料组合物的含有硅酸锂的粘合剂中以形成保护膜，所述保护膜硬化后的表面形成分形。

具体的，金属氧化物的超微粒子为氧化亚铅、氧化钛、二氧化硅、掺锑氧化锡等的金属氧化物的超微粒子中的至少一种。将氧化亚铅、氧化钛、二氧化硅、掺锑氧化锡等的金属氧化物的超微粒子与含有硅酸锂的粘合剂的混合物料混合均匀。在此混合调整阶段，氧化亚铅等的超微粒子凝聚，其二次粒子的平均粒径变为约2～10微米。

向所得到的涂料组合物施加高压，使涂料组合物向金刚石等基材的壁面喷出，通过给出的高压冲击而使金属氧化物的超微粒子均匀地分散到含有硅酸锂的粘合剂中。上述的分散可以通过均质机(homogenizer)施行，使用均质机的高压冲击喷涂方法的分散性高，能够以高速进行分散处理。经上述均质机的分散处理后，金属氧化物的超微粒子的二次粒径变小至约110nm。由此，能够降低涂料组合物的应用成本。

对于混合制得的涂料组合物的分散补充，采用珠磨机(bead mil)也可以施行，但由于其处理能力较差，要获得相同的分散度必须持续处理较长的时间。例如，要获得110nm的二次粒子的平均粒径，均质机仅需要工作10分钟，而珠磨机要获得相近的分散度的话，则需要4～5小时。由此，利用均质机能够使本发明的涂料组合物的分散性高，以高速进行分散处理，还能够降低涂料组合物的应用成本。

作为一种较佳的实施方式，所述基材为空调散热片。空调散热片也叫翅片。翅片一般为金属翅片。翅片上涂覆有前述的涂料组合物以形成保护膜包覆于翅片上。

通过将本发明的涂料组合物涂布在空调机的热交换器的金属翅片上形成保护膜，使得金属翅片表面的水滴接触角变小，提升去污性能，此外，还能够使所得到保护膜的粘着性、耐久性和耐候性得以提升，从而改善热交换率，达到空调的节能效果。

为了能更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。以下，进而将本发明的实施例与比较例进行详细说明。此外，将所形成的保护膜的特性汇总于表1。另外，以下实施例中采用的硅酸锂是无水硅酸含量大于20％、且SiO₂/Li₂O的摩尔比为3～8、pH值为10～12的硅酸锂，起到上述氧化亚铅等的超微粒子的分散介质作用。

实施例1

本实施例中采用的硅酸锂是无水硅酸含量大于20％、且SiO₂/Li₂O的摩尔比为5、pH值为12的硅酸锂。

本实施例在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料A以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成实施例1。

涂料A：

平均粒径15mm(分散粒径70nm)氧化亚铅超微粒子(水中15％分散液)：50重量份；

硅酸锂(10％水溶液)：20重量份。

实施例2

本实施例在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料B以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成实施例2。

涂料B：

平均粒径25nm(分散粒径90nm)氧化钛超微粒子(水中15％分散液)：50重量份；

硅酸锂(10％水溶液)：20重量份。

实施例3

本实施例在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料C以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成实施例3。

涂料C：

平均粒径10nm(分散粒径60nm)二氧化硅超微粒子(水中15％分散液)：50重量份；

硅酸锂(10％水溶液)：20重量份。

实施例4

本实施例在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料D以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成实施例4。

涂料D：平均粒径10nm(分散粒径70nm)掺锑氧化锡(水中15％分散液)：60重量份；

硅酸锂(10％水溶液)：20重量份。

比较例1

比较例1在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料E以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成比较例1。

涂料E：

平均粒径15nm(分散粒径15nm)胶体二氧化硅(colloidal silica)(水中分散物)：12重量份；

等规型聚乙烯醇(isotactic polyvinyl alcohol)(5％水溶液)：10重量份；

去离子水(溶媒)：78重量份。

比较例2

比较例2在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将界面活性剂配合涂料进行涂布后干燥，完成比较例2。

比较例3

比较例3在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料F以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成比较例3。

涂料F：

平均粒径15nm(分散粒径80nm)氧化钛超微粒子(水中15％分散液)：9重量份；

等规型聚乙烯醇(isotactic polyvinyl alcohol)(5％水溶液)：7重量份；

去离子水(溶媒)：84重量份。

比较例4

比较例4在厚1mm的无色透明玻璃基材上，将以下组成的涂料G以涂布量7g/m²的比例进行涂布后干燥，完成比较例4。

涂料G：

平均粒径15nm(分散粒径80nm)氧化钛超微粒子(水中15％分散液)：20重量份；

丙烯酸类树脂粘合剂(20％水溶液)：15重量份；

去离子水(溶媒)：65重量份。

人物污染物附着实验：在上述实施例及比较例中获得的样本上附着以下组成的人工污染物，在80℃下放置24小时后，肉眼观察经过水洗的上述人工污染物的洗净情况。结果如表1所示。表1中，○代表人工污染物完全洗净，△表示发现有部分残渣，×表示人工污染物仍旧附着。

人物污染物组成：

炭黑：2.3重量份；

12种实验灰尘：9.3重量份；

黄赭石(yellow ochre)：62.8重量份；

煅烧关东沙：20.9重量份；

二氧化硅粉：4.7重量份。

耐候性实验：将上述实施例及比较例中获得的样本在室外放置90天，肉眼观察其污染状况。结果如表1所示。表1中，○代表污染不明显，△表示涂料由于雨水溶出，涂层产生剥离，×表示污染十分明显。

表1

	人工污染物附着试验	耐候性试验
			实施例1	○	○
实施例2	○	○
			实施例3	○	○
实施例4	○	○
			比较例1	△	△
比较例2	×	×
			比较例3	△	△
比较例4	○	△

由表1可以明确看出，实施例1～4的样本与比较例1～4的样本相比，人工污染物附着以及耐候性实验都表现出了更佳的结果，由此可明确，利用本发明具有防污效果的涂料组合物能够使得污染物难以附着。

本发明并不限于上述的实施方式。例如，除了氧化亚铅等的超微粒子和含有硅酸锂的粘合剂以外，还可以添加合适的分散剂或稳定剂等的添加剂。此外，分散方法中，也可以采用珠磨机等现有的分散方法。另外，也可以进行其他种种不脱离本发明主旨范围内的变更。

如以上说明，利用本发明的涂料组合物，能够使玻璃材料、形成有有机涂装膜的基材表面或金属、塑料等其他常见的基材表面的去污性能得以提升，同时也使粘着性、耐候性、组成物的保存性等得以提升。

且，利用本发明的涂料组合物的制备方法，可以将本发明的涂料组合物以高分散性，高速进行分散处理。由此，能够降低涂料的制造成本。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。

Claims (7)

1.一种涂料组合物，其特征在于，包括含有硅酸锂的粘合剂和金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基，所述硅酸锂与所述超微粒子的固含量之比为1：2～5。

2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述金属氧化物为二氧化硅、氧化亚铅、氧化钛、掺锑氧化锡中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述超微粒子均匀地分散于所述含有硅酸锂的粘合剂中，且分散时的所述超微粒子的二次粒径小于200纳米。

4.一种涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供含有硅酸锂的粘合剂；

提供金属氧化物的超微粒子，所述超微粒子的粒子表面具有羟基；

将所述含有硅酸锂的粘合剂和所述金属氧化物的超微粒子以1：2～5的固含量之比混合，得到涂料组合物。

5.一种涂料组合物的应用，其特征在于，将根据权利要求1至3中任一项所述的涂料组合物高压喷涂于基材上。

6.根据权利要求5所述的涂料组合物的应用，其特征在于，所述涂料组合物的金属氧化物的超微粒子通过所述高压喷涂的冲击均匀地分散于所述涂料组合物的含有硅酸锂的粘合剂中以形成保护膜，所述保护膜硬化后的表面形成分形。

7.根据权利要求5所述的涂料组合物的应用，其特征在于，所述基材为空调散热片。