CN111500186A - 一种高硬度环保水性陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高硬度环保水性陶瓷涂料，按重量份计算，其制备原料至少包括：A组分包括：20‑70份水性硅溶胶、5‑40份有机硅氧烷、0.2‑3份催化剂、1‑30份去离子水；B组分包括：30‑60份水性硅溶胶、2‑20份有机硅氧烷、0.2‑1份催化剂、0‑10份填料、1‑10份去离子水；C组分包括：10‑50份水性硅溶胶、1‑10份有机硅氧烷、0‑10份填料、1‑30份颜料、0‑5份助剂；其中，所述质量比A:B:C=1:(0.1‑1):(0.2‑1)。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体地，本发明涉及一种高硬度环保水性陶瓷涂料及其制备方法。
背景技术
陶瓷涂料最早由 20 世纪 60 年代出现的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法技术制备出来。最早德国化学家利用溶胶-凝胶技术第一次制备出多组分玻璃，溶胶-凝胶合成技术才引起了科研人员的广泛关注，并得到了快速地推广。
随着陶瓷涂料的发展和推广应用，国内的一些涂料研发公司开始利用溶胶-凝胶合成技术制备一些无机陶瓷涂料、纳米水性陶瓷涂料等新品种涂料。随着环保法规和标准的出台，水性化陶瓷涂层系统(VOCs含量小于100g/L)是传统有机溶剂重污染型涂料制备涂层的非常有潜力的替代品之一，具有广阔的应用前景。虽然国内涂料企业公司已研发出陶瓷涂料，但各公司制备的陶瓷涂料性能标准参差不齐，陶瓷涂料只能应用在较小的某一领域，陶瓷涂料得不到大规模的推广，同时国内公司制备的陶瓷涂料性能和国外公司制备的涂料性能还存在一定的差距。
另外,陶瓷涂料还存在拉伸强度欠佳、涂膜容易开裂。
因此，针对上述问题，本发明提供一种高硬度环保水性陶瓷涂料及其制备方法，使用所述环保水性陶瓷涂料得到的涂层具有高硬度、耐温性能好，拉伸强度佳、涂膜不容易开裂等优异性能。
发明内容
本发明的目的在于提供高硬度环保水性陶瓷涂料及其制备方法。
本发明提供一种高硬度环保水性陶瓷涂料，按重量份计算，其制备原料至少包括：
A组分包括：20-70份水性硅溶胶、5-40份有机硅氧烷、0.2-3份催化剂、1-30份去离子水；
B组分包括：30-60份水性硅溶胶、2-20份有机硅氧烷、0.2-1份催化剂、0-10份填料、1-10份去离子水；
C组分包括：10-50份水性硅溶胶、1-10份有机硅氧烷、0-10份填料、1-30份颜料、1-5份助剂；
其中，所述质量比A:B:C=1:(0.1-1):(0.2-1)。
在一种实施方式中，按重量份计算，其制备原料至少包括：
A组分包括：40-60份水性硅溶胶、20-30份有机硅氧烷、0.2-2份催化剂、5-20份去离子水；
B组分包括：30-50份水性硅溶胶、10-20份有机硅氧烷、0.2-1份催化剂、1-8份填料、1-8份去离子水；
C组分包括：10-30份水性硅溶胶、1-10份有机硅氧烷、5-10份填料、5-20份颜料、0-5份助剂。
在一种实施方式中，所述水性硅溶胶选自JN-830，JN-1430、KHAS-25、KHAS-30、KHAS-8040、KHAS-12040中的一种或多种。
所述水性硅溶胶购于临沂市科翰硅制品有限公司。
本发明中，所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；所述B组分中水性硅溶胶选自KHAS-8040，其中二氧化硅的粒径70-90nm；所述C组分中水性硅溶胶选自KHAS-3030，其中二氧化硅的粒径20-40nm。
在一种实施方式中，所述有机硅氧烷选自KH550、KH560、KH570、KH792、γ-缩水甘油醚氧丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基、甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，所述有机硅氧烷选自KH560、KH570、甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种；更优选地，所述有机硅氧烷选自KH560、甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
本发明中所述有机硅氧烷购于杭州杰西卡化工有限公司。
本发明中，所述A组分中所述有机硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷；所述B组分中所述有机硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷；所述C组分中所述有机硅氧烷选自KH560。
在一种实施方式中，所述填料选自石英粉、晶须硅、氧化铝、碳化硅、硫酸钡、氧化钛、氧化石墨烯（购于南京吉仓纳米科技有限公司）、中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述颜料选自金红石、钛黄、氧化铁黑、氧化铁红、钴黑、钴蓝、钴绿、炭黑、珠光粉中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述助剂选自消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂、增稠剂中的一种或多种。
本发明中国，所述助剂的选择为本领域公知常识，非本发明研究的重点，所述消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂、增稠剂均可市售。
在一种实施方式中，所述质量比A:B:C=1:(0.1-0.5):(0.2-0.8)。
在一种实施方式中，所述质量比A:B:C=1:0.3:0.7。
另一方面，本发明提供高硬度环保水性陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）A组分预处理：用催化剂将A组分的水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入有机硅氧烷、去离子水，搅拌均匀；
（2）B组分预处理：用催化剂将B组分的水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入有机硅氧烷、填料、去离子水，搅拌均匀；
（3）C组分预处理：将C组分中水性硅溶胶、有机硅氧烷、填料、颜料、助剂混合，搅拌均匀；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）中的预处理的A组分、B组分、C组分搅拌，混合均匀。
本发明中A组分中水性硅溶胶与有机硅氧烷反应，得到含有聚合物溶胶和颗粒溶胶的混合物；B组分中水性硅溶胶与有机硅氧烷反应，得到含有聚合物溶胶和不同粒径的颗粒溶胶的混合物，聚合物溶胶通过化学键键合、物理缠绕的方式存在于复合溶胶中；另外，通过用不同大小粒径的硅溶胶与有机硅氧烷反应，使涂层中的粒子的间隙小，固化后的形成的陶瓷涂层表面更致密，进而得到的土层具有高硬度、耐温性能好，拉伸强度佳、涂膜不容易开裂等优异性能。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
实施例1
（1）A组分预处理：用催化剂乙酸将A组分的50水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入25份甲基三甲氧基硅烷、15份去离子水，搅拌均匀；所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（2）B组分预处理：用乙酸将B组分的40份水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入15份甲基三甲氧基硅烷、4份填料碳化硅、6份去离子水，搅拌均匀；所述B组分中水性硅溶胶选自KHAS-8040，其中二氧化硅的粒径70-90nm；
（3）C组分预处理：将C组分中15份水性硅溶胶、5份KH560、7份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工）混合，搅拌均匀；所述C组分中水性硅溶胶选自KHAS-3030，其中二氧化硅的粒径20-40nm；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）中的预处理的A组分、B组分、C组分（质量比A:B:C=1:0.3:0.7）搅拌，混合均匀，常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料。
实施例2
（1）A组分预处理：用催化剂乙酸将A组分的50水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入25份甲基三甲氧基硅烷、15份去离子水，搅拌均匀；所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（2）B组分预处理：用乙酸将B组分的40份水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入15份甲基三甲氧基硅烷、4份填料碳化硅、6份去离子水，搅拌均匀；所述B组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（3）C组分预处理：将C组分中15份水性硅溶胶、5份KH560、7份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工）混合，搅拌均匀；所述C组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）中的预处理的A组分、B组分、C组分（质量比A:B:C=1:0.3:0.7）搅拌，混合均匀，常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料。
实施例3
（1）A组分预处理：用催化剂乙酸将A组分的50水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入25份甲基三甲氧基硅烷、15份去离子水，搅拌均匀；所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（2）B组分预处理：用乙酸将B组分的40份水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入15份甲基三甲氧基硅烷、4份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工），6份去离子水，搅拌均匀；所述B组分中水性硅溶胶选自KHAS-8040，其中二氧化硅的粒径70-90nm；
（3）将步骤（1）、（2）中的预处理的A组分、B组分（质量比A:B=1:0.3）搅拌，混合均匀，常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料。
实施例4
（1）A组分预处理：用催化剂乙酸将A组分的50水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入25份甲基三甲氧基硅烷、15份去离子水，搅拌均匀；所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm；
（2）C组分预处理：将C组分中15份水性硅溶胶、5份KH560、7份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工）混合，搅拌均匀；所述C组分中水性硅溶胶选自KHAS-3030，其中二氧化硅的粒径20-40nm；
（3）将步骤（1）、（2）中的预处理的A组分、C组分（质量比A:B:C=1: 0.7）搅拌，混合均匀，常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料。
实施例5
用催化剂乙酸将A组分的50水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入25份甲基三甲氧基硅烷、15份去离子水，4份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工），搅拌均匀，常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料；所述A组分中水性硅溶胶选自JN-1430，其中二氧化硅的粒径10-15nm。
实施例6
B组分预处理用乙酸将B组分的40份水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入15份甲基三甲氧基硅烷、4份填料碳化硅、6份颜料炭黑、2份润湿剂（BYK345，购于上海卜丁化工），6份去离子水，搅拌均匀常温复配后，得到高硬度环保水性陶瓷涂料；所述B组分中水性硅溶胶选自KHAS-8040，其中二氧化硅的粒径70-90nm。
所述高硬度环保水性陶瓷防腐涂料的涂覆方法参照本领域常用方法，步骤为：
(1)将金属基材进行酸洗、碱洗、喷砂处理，之后进行水洗和干燥，使其表 面干净、粗糙；
(2)处理后的金属基材预热至70℃后，将所述高硬度环保水性陶瓷涂料喷涂在金属基材上；
(3)将喷涂后的金属基材在180℃下流平烘干5～10分钟，再置于270℃下烧结20分钟，冷却即可。
性能测试：
参照 GB/T23443-2009 建筑装饰用铝单板国家标准，分别对涂层进行外观质量、铅笔硬度测试、附着力测试、耐化学腐蚀性、耐磨性等性能测试。
表1 测试结果
通过上述实验数据，本发明提供的高硬度环保水性陶瓷涂料及其制备方法，使用所述环保水性陶瓷涂料得到的涂层具有高硬度、耐温性能好，拉伸强度佳、涂膜不容易开裂等优异性能。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，按重量份计算，其制备原料至少包括：
A组分包括：20-70份水性硅溶胶、5-40份有机硅氧烷、0.2-3份催化剂、1-30份去离子水；
B组分包括：30-60份水性硅溶胶、2-20份有机硅氧烷、0.2-1份催化剂、0-10份填料、1-10份去离子水；
C组分包括：10-50份水性硅溶胶、1-10份有机硅氧烷、0-10份填料、1-30份颜料、0-5份助剂；
其中，所述质量比A:B:C=1:(0.1-1):(0.2-1)。
2.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述水性硅溶胶选自JN-830，JN-1430、KHAS-25、KHAS-30、KHAS-8040、KHAS-12040中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述有机硅氧烷选自KH550、KH560、KH570、KH792、γ-缩水甘油醚氧丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基、甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述催化剂选自盐酸、硝酸、甲酸、乙酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述填料选自石英粉、晶须硅、氧化铝、碳化硅、硫酸钡、氧化钛、氧化石墨烯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述颜料选自金红石、钛黄、氧化铁黑、氧化铁红、钴黑、钴蓝、钴绿、炭黑、珠光粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述助剂选自消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂、增稠剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述质量比A:B:C=1:(0.1-0.5):(0.2-0.8)。
9.根据权利要求8所述高硬度环保水性陶瓷涂料，其特征在于，所述质量比A:B:C=1:0.3:0.7。
10.根据权利要求1-9任一项所述高硬度环保水性陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）A组分预处理：用催化剂将A组分的水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入有机硅氧烷、去离子水，搅拌均匀；
（2）B组分预处理：用催化剂将B组分的水性硅溶胶的pH值调整到3-4，加入有机硅氧烷、填料、去离子水，搅拌均匀；
（3）C组分预处理：将C组分中水性硅溶胶、有机硅氧烷、填料、颜料、助剂混合，搅拌均匀；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）中的预处理的A组分、B组分、C组分搅拌，混合均匀。
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