CN111978859A - 一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料以及制备工艺 - Google Patents

一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料以及制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料以及制备工艺，涉及纤维水泥板涂装技术领域，包括第一溶液以及第二溶液，第一溶液包括晶须硅、改性有机硅树脂、银分散液、氧化铝水分散液、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、流平剂、润湿剂以及甲酸，各组分的重量如下：晶须硅：10‑15份、改性有机硅树脂：5‑7份、银分散液：0.4‑0.6份、氧化铝水分散液：6‑10份、无机颜料：18‑22份、去离子水：25‑30份、消泡剂：1份、分散剂：1份、甲基三甲氧基硅烷：20‑25份、流平剂：1‑1.5份、润湿剂：1‑1.5份以及甲酸：1‑1.5份，本发明的水性陶瓷涂料硬度高，具有很强的自洁性、抗菌性以及超耐候性，防火等级高。

Description

一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料以及制备工艺
技术领域
本发明涉及纤维水泥板涂装技术领域，具体涉及到一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料以及制备工艺。
背景技术
传统的洁净板、净化板等纤维水泥板制品的表面涂装工艺一般采用溶剂型的UV涂料辊涂，UV涂料的成膜物主要分为：UV不饱和聚酯、UV环氧丙烯酸酯、UV环氧树脂、UV聚氨酯丙烯酸酯等有机树脂；此类产品的优点是采用紫外光固化，生产效率高，但是缺陷较为突出，此类涂料由于需要满足光固化快速成型的要求，成膜物中大多数为光敏树脂，导致此类涂料普遍耐光性、耐水性能差，成膜物中含有丙烯酸类树脂，使得此类涂料防火等级较低，遇明火易燃，不太适用于室内密闭公共场所的大规模装饰，且此类涂料中的成膜物均为脂肪类低聚物，导致此类涂料普遍的硬度较低低且附着力较差。另外，洁净板、净化板一般应用于精密仪器制造、科研等对室内环境要求苛刻的洁净工程领域中，洁净板、净化板的表面需要保持洁净防尘的状态，有时还需要保证无菌状态，采用UV涂料的洁净板、净化板不耐候，且表面光滑度较差，需要人员定期进行清洁、消毒操作，综上，大大限制了纤维水泥板制品的使用环境和使用领域，因此，存在待改进之处。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明目的之一在于提出一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，具体方案如下：
一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，包括第一溶液以及第二溶液，所述第一溶液包括晶须硅、改性有机硅树脂、银分散液、氧化铝水分散液、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，所述第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、流平剂、润湿剂以及甲酸，各组分的重量如下：
晶须硅：10-15份
改性有机硅树脂：5-7份
银分散液：0.4-0.6份
氧化铝水分散液：6-10份
无机颜料：18-22份
去离子水：25-30份
消泡剂：1份
分散剂：1份
甲基三甲氧基硅烷：20-25份
流平剂：1-1.5份
润湿剂：1-1.5份
甲酸：1-1.5份。
进一步的，所述银分散液的份数为0.5。
进一步的，所述银分散液、氧化铝水分散液均为纳米级分散液。
本发明另一目的在于提出一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，具体方案如下：
一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料的制备工艺，包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入去离子水、晶须硅、氧化铝水分散液、无机颜料、消泡剂、分散剂、银分散液以及改性有机硅树脂，分散机转速为800～1000r/min，分散8～12分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速1000～1200r/min，研磨60～90分钟，研磨之后转移至密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，所述滚瓶机以转速为100-120r/min分散15～20分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，所述以转速为100-120r/min分散1.8～2.2小时；
水性陶瓷涂料的制成：分散1.8～2.2小时的分散液即为水性陶瓷涂料。
进一步的，在所述第一溶液的制备中，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至密闭塑料瓶中。
进一步的，在所述第一溶液的制备中，所述篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温。
进一步的，所述密封塑料瓶的容量为1L或5L。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)在制备时，各组分在分散剂的作用下均匀分散，在酸性环境下，甲基三甲氧基硅烷水解后产生的单体重新聚合形成网状结构，逐渐成膜，涂层成膜结构为-Si-O-结构，Si-O的键能为452KJ/mol，大于UV涂料的C-H键414KJ/mol以及C-C键332KJ/mol，由于网状结构的形成，提高涂料最终的耐候性以及强度，晶须硅、氧化铝水分散液作为填料进一步提高涂料的硬度以及耐磨性能，无机颜料为涂料提供最终的颜色，改性有机硅树脂以及甲基三甲氧基硅烷作为含有Si的有机液体，赋予涂料具有疏水性。涂料在板材表面成膜后，表面布满甲基，使得板材表面张力较小，能达到21-23dyn/cm，赋予板材很强的易清洁性能，当板材进行水洗后，灰尘等其他杂质随着水流流走，板材表面很难残留水珠，减小清洁难度，另外，本涂料中引入纳米银，纳米银颗粒能直接进入室内环境中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌类体内，作用在细胞膜蛋白质上，迅速与细菌中氧代谢酶的巯基(-SH)结合，使一些含巯基基团的酶失去活性，阻断呼吸代谢使细菌窒息而死亡，赋予板材抗菌、抗病毒性能；
(2)本发明为适用于洁净板、净化板等纤维水泥板的水性陶瓷涂料，区别于传统的UV涂料，在常温条件下，作为涂层固化在板材上后，提高板材的各项性能，硬度高，表面张力低，具有很强的自洁性以及超耐候性，防火等级高，从而扩大纤维水泥板的适用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1：10份的晶须硅、5份的改性有机硅树脂、0.4份的纳米银分散液、6份的纳米氧化铝水分散液、18份的无机颜料、25份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、20份的甲基三甲氧基硅烷、1份的流平剂、1份的润湿剂以及1份的甲酸。
实施例2：12.5份的晶须硅、6份的改性有机硅树脂、0.5份的纳米银分散液、8份的纳米氧化铝水分散液、20份的无机颜料、27.5份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、22.5份的甲基三甲氧基硅烷、1.2份的流平剂、1.2份的润湿剂以及1.2份的甲酸。
实施例3：15份的晶须硅、7份的改性有机硅树脂、0.6份的纳米银分散液、10份的纳米氧化铝水分散液、22份的无机颜料、30份的去离子水、1份的消泡剂、1份的分散剂、25份的甲基三甲氧基硅烷、1.5份的流平剂、1.5份的润湿剂以及1.5份的甲酸。
对比例1：传统的UV涂料(如SC7000-M)
具体的，实施例1-3中，晶须硅为粉末状，可采用5000AS6，改性有机硅树脂可采用CFS6528W，纳米银分散液、纳米氧化铝水分散液可采用市面上的通用型号，无机颜料包括钛白粉、铬黄、铁蓝、镉红等，消泡剂可采用有机硅消泡剂，分散剂可采用阴离子型或非离子型的分散剂，流平剂可采用聚氨酯类流平剂。
上述多个实施例中的水性陶瓷涂料的制备工艺包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入去离子水、晶须硅、纳米氧化铝水分散液、无机颜料、消泡剂、分散剂、纳米银分散液以及改性有机硅树脂，分散机转速为900r/min，分散10分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速1100r/min，研磨60分钟，且篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至1L的密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的1L密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，滚瓶机以转速为110r/min分散20分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，以转速为100-120r/min分散2小时，分散2小时后的分散液即为制得的水性陶瓷涂料。
具体的，篮式研磨机可采用型号为LSM-2.2D的篮式研磨机，分散机可采用型号为FS-800的分散机，密闭塑料瓶可采用1L/5L两种容量，便于根据涂料的容量进行选择。
性能测试
1、附着力测试
测试方法：将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料分别涂覆并固化于同一种板材上，按照GB/T23443-2009或者GB/T 9780-2013中关于附着力百格测试进行测试。
测试等级：
ISO等级：5＝ASTM等级：0B，代表剥落面积大于65％。
ISO等级：4＝ASTM等级：1B，一些方格部分或者全部剥落，剥落面积大于35％-65％。
ISO等级：3＝ASTM等级：2B，代表沿切口边缘有部分剥落或大面积油漆剥落，甚至有的格子部分被整片剥落，面积超过15％-35％。
ISO等级：2＝ASTM等级：3B，代表切口和相交处边缘被剥落面积大于5％-15％。
ISO等级：1＝ASTM等级：4B，代表在切口的相交处有小片的油漆剥落，划格区内实际破损小于或等于5％。
ISO等级：0＝ASTM等级：5B，这代表了格子边缘没有任何剥落，切口边缘完全光滑。
测试结果：
Figure BDA0002622145530000061
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的测试等级均优于传统的UV涂料的测试等级，且在实施例1-3中，实施例1、2、3的测试等级逐渐变高，即甲基三甲氧基硅烷含量相对较多时，水性陶瓷涂料的附着力越好，耐刮擦性能越好。
2、硬度测试
测试方法：将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料分别涂覆并固化于同一种板材上，按照GB/T23443-2009或者GB/T 9780-2013中使用便携式铅笔划痕试验仪进行的涂膜划痕法进行测试。
测试等级：4H-9H，铅笔的硬度为4H-9H(铅笔的硬度即代表所测涂膜的硬度)。
测试结果：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
等级 4H 5H 6H 2H
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的测试等级均高于传统的UV涂料的测试等级，且在实施例1-3中，实施例1、2、3的测试等级逐渐变高，因此，本发明中的水性陶瓷涂料硬度相对传统的UV涂料提高。
3、防火测试
测试方法：将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料分别涂覆并固化于同一种板材上，按照德标DIN4102建筑材料防火性能要求和测试分类等级进行测试。
测试等级：A1级、A2级、B1级、B2级、B3级。
在满足A2级测试之后，对于A1级测试，将本发明固化在板材后作为样品，样品垂直放置在750℃的电炉中，施加20mm的火焰，实验时间为15-30min，如果样品满足一下条件则认为达到A1级的要求：无明燃，炉内温度小于50℃，已经满足A2级要求。
测试结果：
Figure BDA0002622145530000081
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的测试等级均高于传统的UV涂料的测试等级，且在实施例1-3的测试等级均为A1级，等级较高，因此，本发明中的水性陶瓷涂料的防火性能相对传统的UV涂料大大提高。
4、耐水测试
测试方法：将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料分别涂覆并固化于同一种板材上，按照GB5237-2000《耐耐沸水法》进行测试，性能要求为浸泡24小时后有无水斑。
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
等级 无 无 无 有
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的试验结果均好于传统的UV涂料的试验结果，具体的，在实施例1-3中，样品在沸水中浸泡24小时无变化，而对比例1中的样品颜色出现变化，因此，本发明中的水性陶瓷涂料的耐水性能相对传统的UV涂料大大提高。
5、耐人工老化测试
测试方法：将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料分别涂覆并固化于同一种板材上，按照GB/T1865-1997漆膜人工老化试验通过QUV人工加速老化仪进行测试，4000小时后，再通过爱色丽SP60色差仪进行色差测试。
测试等级：
0级：无变色，色差值△E小于等于1.5。
1级：很轻微变色，色差值△E处于1.6-3.0。
2级：轻微变色，色差值△E处于3.1-6.0。
测试结果：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
等级 0级 0级 0级 2级
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的试验结果均好于传统的UV涂料的试验结果，具体的，在实施例1-3中，样品经过4000小时后的人工老化操作后，而对比例1中的样品颜色出现变化，因此，本发明中的水性陶瓷涂料的耐人工老化性能相对传统的UV涂料大大提高。
6、抗菌测试
测试方法：选用金黄色葡萄球菌进行测试，也可采用大肠杆菌，将实施例1-3的水性陶瓷涂料以及对比例1的UV涂料涂于带有金黄色葡萄球菌的表面皿上，经24小时后测试抑菌圈的直径。
测试结果：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
直径长度 20-21mm 25-26mm 25-27mm 8-10mm
上述测试结果可得，实施例1-3中的水性陶瓷涂料的抑菌圈范围均远大于传统的UV涂料，具体的，在实施例1-3中，随着纳米银分散液的含量增多，抑菌圈的直径长度逐渐增大，但纳米银分散液重量份数在0.5份时抑菌圈直径长度基本处于最大，之后随着纳米银分散液含量的增大，抑菌圈直径长度增大的幅度较小，因此，本发明中的水性陶瓷涂料的抗菌性能相对传统的UV涂料大大提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，其特征在于，包括第一溶液以及第二溶液，所述第一溶液包括晶须硅、改性有机硅树脂、银分散液、氧化铝水分散液、无机颜料、去离子水、消泡剂以及分散剂，所述第二溶液包括甲基三甲氧基硅烷、流平剂、润湿剂以及甲酸，各组分的重量如下：
晶须硅：10-15份
改性有机硅树脂：5-7份
银分散液：0.4-0.6份
氧化铝水分散液：6-10份
无机颜料：18-22份
去离子水：25-30份
消泡剂：1份
分散剂：1份
甲基三甲氧基硅烷：20-25份
流平剂：1-1.5份
润湿剂：1-1.5份
甲酸：1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，其特征在于，所述银分散液的份数为0.5。
3.根据权利要求1所述的一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料，其特征在于，所述银分散液、氧化铝水分散液均为纳米级分散液。
4.一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一溶液的制备：于1L反应器在分散机的搅拌作用下，按比例依次加入去离子水、晶须硅、氧化铝水分散液、无机颜料、消泡剂、分散剂、银分散液以及改性有机硅树脂，分散机转速为800～1000r/min，分散8～12分钟后，将1L反应器移入篮式研磨机进行研磨，转速1000～1200r/min，研磨60～90分钟，研磨之后转移至密闭塑料瓶中；
第二溶液的制备：将甲基三甲氧基硅烷装入新的密闭塑料瓶中，按照比例依次加流平剂、润湿剂以及甲酸；将瓶口密闭后放在滚瓶机上，所述滚瓶机以转速为100-120r/min分散15～20分钟；
第一溶液以及第二溶液的混合：将制备好的第二溶液倒入装有第一溶液的密闭塑料瓶中，瓶口密闭后放在滚瓶机上，在室温环境中，所述以转速为100-120r/min分散1.8～2.2小时；
水性陶瓷涂料的制成：分散1.8～2.2小时的分散液即为水性陶瓷涂料。
5.根据权利要求4所述的一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，在所述第一溶液的制备中，研磨后的第一溶液经300目过滤布过滤后再转移至密闭塑料瓶中。
6.根据权利要求4所述的一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，在所述第一溶液的制备中，所述篮式研磨机在研磨过程中采用外接冷却水进行降温。
7.根据权利要求4所述的一种易清洁高硬度抗菌型水性陶瓷涂料的制备工艺，其特征在于，所述密封塑料瓶的容量为1L或5L。
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