CN112159614A - 一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，属于涂料技术领域。本发明以环氧改性聚丙烯酸酯乳液为基体乳液，制备一种键盘用高硬度水性复合涂料，聚丙烯酸酯具有良好的耐水性、机械性能和耐老化性且成本较低，聚丙烯酸酯为饱和化合物，不含残余双键，所以具有优良的抗紫外线的能力、耐酸碱性、抗氧化性，又因分子中含有极性酯基，其耐油性及其他耐化学腐蚀性也很好，羟基和羟甲基能提高聚合物的交联度，使得聚合物分子出现体型分子，单体与软、硬单体共聚后，可以得到含功能团的丙烯酸酯共聚物，这些极性较大的功能团能够使丙烯酸树脂的内聚强度和粘合性能显著提高，通过这些功能团将共聚物进行化学改性，使键盘漆的硬度得到显著提高。

Description

一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提升及电子工业的不断发展，电脑已成为人们日常生活中必不可少的工具。而电脑键盘作为电脑的重要组成部分，由于输入敲击与人们手指长期接触，易沾染油污灰尘、易磨损。因此，对键盘的有效涂装防护就显得尤为重要。为防止键盘的磨损、且易清洁。这就要求键盘涂料不但具有优异的附着力、抗冲击性能及良好的硬度，而且具有一定的自清洁功能。
目前绝大部分键盘主要使用溶剂型的工业涂料。随着人们对环境及健康的日益重视，水性涂料已获得了越来越广泛的应用，传统溶剂型涂料在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质产生的污染，目前成为排在汽车之后的城市主要污染源，随着我国环保法律法规的不断完善和健全，强制性使用环保型工业涂料已经成为大势所趋。而水性工业涂料作为环保型涂料的重点发展方向之一，在电子行业中的应用具有非常广阔的市场。但是传统的水性涂料存在涂料膜硬度不够高、容易出划痕、耐化学性差、固含低、膜厚薄等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有键盘涂料存在涂料膜硬度不够高的问题，提供了一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量80~100份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、20~25份有机硅混合溶胶、8~10炭黑粉末、40~50份去离子水、0.3~0.5份羟甲基硅油、0.5-1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.3~0.5份辛基酚聚氧乙烯醚、0.3~0.5份羧甲基纤维素；
（2）将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以200~250r/min转速搅拌40~60min，得混合液；
（3）将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000~12000r/min转速高速搅拌1.5~2h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
步骤（1）所述的炭黑粉末的平均粒径为40~80μm。
所述有机硅混合溶胶的具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量20~25份纳米二氧化硅粉末、5~10份甲基三甲氧基硅烷、30~40份丙基三甲氧基硅烷、15~20份苯基三甲氧基硅烷、80~100份去离子水；
（2）将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，调节pH至3~4，在50~60℃水浴下以200~300r/min转速搅拌1~2h，得纳米二氧化硅溶胶；
（3）将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在50~60℃水浴下以250~350r/min转速搅拌反应2~3h，再置于超声波分散机中，常温下超声处理20~30min，常温冷却，得有机硅混合溶胶。
步骤（1）所述的纳米二氧化硅粉末的平均粒径为40~60nm。
步骤（2）所述的pH调节采用的是乙酸。
步骤（3）所述的超声处理的功率为300~400W。
所述环氧改性聚丙烯酸酯乳液的具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量8~10份聚乙二醇、10~12份环氧树脂、20~30份甲基丙烯酸甲酯、25~35份丙烯酸、20~30份丙烯酸丁酯、0.3~0.5份过硫酸铵、0.1~0.3份碳酸氢铵、180~200份去离子水；
（2）将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡22~24h，在置于85~95℃水浴下以200~300r/min转速加热搅拌回流2~3h，得聚乙二醇分散液；
（3）将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以150~200r/min转速搅拌20~30min，得混合分散液；
（4）将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于60~70℃水浴下以350~450r/min转速搅拌3~4h，再置于超声波分散机内，常温下超声处理1~2h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液。
步骤（4）所述的超声处理的功率为500~600W。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以环氧改性聚丙烯酸酯乳液为基体乳液，制备一种键盘用高硬度水性复合涂料，聚丙烯酸酯具有良好的耐水性、机械性能和耐老化性且成本较低，聚丙烯酸酯为饱和化合物，不含残余双键，所以具有优良的抗紫外线的能力、耐酸碱性、抗氧化性，又因分子中含有极性酯基，其耐油性及其他耐化学腐蚀性也很好，羟基和羟甲基能提高聚合物的交联度，使得聚合物分子出现体型分子，单体与软、硬单体共聚后，可以得到含功能团的丙烯酸酯共聚物，这些极性较大的功能团能够使丙烯酸树脂的内聚强度和粘合性能显著提高，通过这些功能团将共聚物进行化学改性，使键盘漆的硬度得到显著提高；
（2）本发明通过添加有机硅混合溶胶，制备一种键盘用高硬度水性复合涂料，有机硅混合溶胶是以纳米二氧化硅溶胶为基材，纳米二氧化硅溶胶中胶体粒子表面带有大量的硅羟基能与其他物质带有的羟基发生脱水缩合反应，具有较好的反应性，并且纳米二氧化硅溶胶为水分散液，反应体系可以进行均相反应，这极大的提高了反应速率和反应均一性，在水性涂料中引入纳米二氧化硅粉末粒子，可显著提高涂料的物理和化学稳定性能；同时，纳米粒子的表面具有配位不足的特性，使纳米二氧化硅粉末粒子具有极强的物理和化学活性，可以对加入水性涂料中的颜料成分起到很强的吸附作用，从而有效解决了涂层的粉化问题，纳米二氧化硅粉末粒子表面大量的硅羟基脱水缩合生成-Si-O-Si-无机网络结构，使得纳米二氧化硅粉末粒子非常牢固地附着在涂覆基材的表面，显著提高了水性涂层硬度和耐老化性能。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量8~10份聚乙二醇、10~12份环氧树脂、20~30份甲基丙烯酸甲酯、25~35份丙烯酸、20~30份丙烯酸丁酯、0.3~0.5份过硫酸铵、0.1~0.3份碳酸氢铵、180~200份去离子水，将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡22~24h，在置于85~95℃水浴下以200~300r/min转速加热搅拌回流2~3h，得聚乙二醇分散液，将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以150~200r/min转速搅拌20~30min，得混合分散液，将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于60~70℃水浴下以350~450r/min转速搅拌3~4h，再置于超声波分散机内，常温下以500~600W的功率超声处理1~2h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液，
再按重量份数计，分别称量20~25份平均粒径40~60nm的纳米二氧化硅粉末、5~10份甲基三甲氧基硅烷、30~40份丙基三甲氧基硅烷、15~20份苯基三甲氧基硅烷、80~100份去离子水，将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，滴加乙酸调节pH至3~4，在50~60℃水浴下以200~300r/min转速搅拌1~2h，得纳米二氧化硅溶胶，将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在50~60℃水浴下以250~350r/min转速搅拌反应2~3h，再置于超声波分散机中，常温下以300~400W的功率超声处理20~30min，常温冷却，得有机硅混合溶胶
再按重量份数计，分别称量80~100份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、20~25份有机硅混合溶胶、8~10平均粒径40~80μm的炭黑粉末、40~50份去离子水、0.3~0.5份羟甲基硅油、0.5-1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.3~0.5份辛基酚聚氧乙烯醚、0.3~0.5份羧甲基纤维素，将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以200~250r/min转速搅拌40~60min，得混合液，将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000~12000r/min转速高速搅拌1.5~2h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
实施例1
按重量份数计，分别称量8份聚乙二醇、10份环氧树脂、20份甲基丙烯酸甲酯、25份丙烯酸、20份丙烯酸丁酯、0.3份过硫酸铵、0.1份碳酸氢铵、180份去离子水，将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡22h，在置于85℃水浴下以200r/min转速加热搅拌回流2h，得聚乙二醇分散液，将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以150r/min转速搅拌20min，得混合分散液，将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于60℃水浴下以350r/min转速搅拌3h，再置于超声波分散机内，常温下以500W的功率超声处理1h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液，
再按重量份数计，分别称量20份平均粒径40nm的纳米二氧化硅粉末、5份甲基三甲氧基硅烷、30份丙基三甲氧基硅烷、15份苯基三甲氧基硅烷、80份去离子水，将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，滴加乙酸调节pH至3，在50℃水浴下以200r/min转速搅拌1h，得纳米二氧化硅溶胶，将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在50℃水浴下以250r/min转速搅拌反应2h，再置于超声波分散机中，常温下以300W的功率超声处理20min，常温冷却，得有机硅混合溶胶
再按重量份数计，分别称量80份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、20份有机硅混合溶胶、8平均粒径40μm的炭黑粉末、40份去离子水、0.3份羟甲基硅油、0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.3份辛基酚聚氧乙烯醚、0.3份羧甲基纤维素，将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌40min，得混合液，将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000r/min转速高速搅拌1.5h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
实施例2
按重量份数计，分别称量8份聚乙二醇、12份环氧树脂、20份甲基丙烯酸甲酯、35份丙烯酸、20份丙烯酸丁酯、0.5份过硫酸铵、0.1份碳酸氢铵、200份去离子水，将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡22h，在置于95℃水浴下以200r/min转速加热搅拌回流3h，得聚乙二醇分散液，将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以150r/min转速搅拌30min，得混合分散液，将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于60℃水浴下以450r/min转速搅拌3h，再置于超声波分散机内，常温下以600W的功率超声处理1h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液，
再按重量份数计，分别称量25份平均粒径50nm的纳米二氧化硅粉末、5份甲基三甲氧基硅烷、40份丙基三甲氧基硅烷、15份苯基三甲氧基硅烷、100份去离子水，将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，滴加乙酸调节pH至3，在60℃水浴下以200r/min转速搅拌2h，得纳米二氧化硅溶胶，将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在50℃水浴下以350r/min转速搅拌反应2h，再置于超声波分散机中，常温下以400W的功率超声处理20min，常温冷却，得有机硅混合溶胶
再按重量份数计，分别称量100份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、20份有机硅混合溶胶、10平均粒径60μm的炭黑粉末、40份去离子水、0.5份羟甲基硅油、0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.5份辛基酚聚氧乙烯醚、0.3份羧甲基纤维素，将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以250r/min转速搅拌40min，得混合液，将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以12000r/min转速高速搅拌1.5h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
实施例3
按重量份数计，分别称量10份聚乙二醇、12份环氧树脂、30份甲基丙烯酸甲酯、35份丙烯酸、30份丙烯酸丁酯、0.5份过硫酸铵、0.3份碳酸氢铵、200份去离子水，将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡24h，在置于95℃水浴下以300r/min转速加热搅拌回流3h，得聚乙二醇分散液，将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以200r/min转速搅拌30min，得混合分散液，将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于70℃水浴下以450r/min转速搅拌4h，再置于超声波分散机内，常温下以600W的功率超声处理2h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液，
再按重量份数计，分别称量25份平均粒径60nm的纳米二氧化硅粉末、10份甲基三甲氧基硅烷、40份丙基三甲氧基硅烷、20份苯基三甲氧基硅烷、100份去离子水，将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，滴加乙酸调节pH至4，在60℃水浴下以300r/min转速搅拌2h，得纳米二氧化硅溶胶，将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在60℃水浴下以350r/min转速搅拌反应3h，再置于超声波分散机中，常温下以400W的功率超声处理30min，常温冷却，得有机硅混合溶胶
再按重量份数计，分别称量100份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、25份有机硅混合溶胶、10平均粒径80μm的炭黑粉末、50份去离子水、0.5份羟甲基硅油、1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.5份辛基酚聚氧乙烯醚、0.5份羧甲基纤维素，将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以250r/min转速搅拌60min，得混合液，将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以12000r/min转速高速搅拌2h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
对比例：市售键盘涂料
1.将本发明制备的键盘用高硬度水性复合涂料及市售键盘涂料进行检测，具体检测结果如下表表1：
2.测试方法：硬度通过参考国家标准《GB/T6739-2006色涂料和清涂料铅笔法测定涂料膜硬度》来测试；
3.耐水性通过参考国家标准《GB/T173-1993涂料膜耐水性测定法》来测试；
4.耐磨性通过参考国家标准《GB/T1768-2006色涂料和清涂料-耐磨性的测定-旋转橡胶砂轮法》来测试；
表1键盘用高硬度水性复合涂料性能表征
性能表征 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
硬度 9H 9H 9H HB
耐水性 不起泡、不脱落、不变色 不起泡、不脱落、不变色 不起泡、不脱落、不变色 不起泡、不脱落、不变色
耐磨性 0.006 0.007 0.006 0.012
由表1可知本发明制备的键盘用高硬度水性复合涂料，耐磨性好，综合性能优异，具有极其广阔的市场前景和应用价值。

Claims (8)

1.一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量80~100份环氧改性聚丙烯酸酯乳液、20~25份有机硅混合溶胶、8~10炭黑粉末、40~50份去离子水、0.3~0.5份羟甲基硅油、0.5-1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.3~0.5份辛基酚聚氧乙烯醚、0.3~0.5份羧甲基纤维素；（2）将羟甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素加入去离子水中，常温下以200~250r/min转速搅拌40~60min，得混合液；
（3）将有机硅混合溶胶、炭黑粉末、混合液加入环氧改性聚丙烯酸酯乳液中，置于高剪切乳化机内，常温下以10000~12000r/min转速高速搅拌1.5~2h，得键盘用高硬度水性复合涂料。
2.根据权利要求1所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的炭黑粉末的平均粒径为40~80μm。
3.根据权利要求1所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述有机硅混合溶胶的具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量20~25份纳米二氧化硅粉末、5~10份甲基三甲氧基硅烷、30~40份丙基三甲氧基硅烷、15~20份苯基三甲氧基硅烷、80~100份去离子水；
（2）将纳米二氧化硅粉末加入去离子水中，调节pH至3~4，在50~60℃水浴下以200~300r/min转速搅拌1~2h，得纳米二氧化硅溶胶；
（3）将甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅溶胶中，在50~60℃水浴下以250~350r/min转速搅拌反应2~3h，再置于超声波分散机中，常温下超声处理20~30min，常温冷却，得有机硅混合溶胶。
4.根据权利要求3所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的纳米二氧化硅粉末的平均粒径为40~60nm。
5.根据权利要求3所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的pH调节采用的是乙酸。
6.根据权利要求3所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的超声处理的功率为300~400W。
7.根据权利要求1所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述环氧改性聚丙烯酸酯乳液的具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量8~10份聚乙二醇、10~12份环氧树脂、20~30份甲基丙烯酸甲酯、25~35份丙烯酸、20~30份丙烯酸丁酯、0.3~0.5份过硫酸铵、0.1~0.3份碳酸氢铵、180~200份去离子水；
（2）将聚乙二醇加入去离子水中，常温下浸泡22~24h，在置于85~95℃水浴下以200~300r/min转速加热搅拌回流2~3h，得聚乙二醇分散液；
（3）将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯加入聚乙二醇分散液中，常温下以150~200r/min转速搅拌20~30min，得混合分散液；
（4）将过硫酸铵、碳酸氢铵加入混合分散液中，置于60~70℃水浴下以350~450r/min转速搅拌3~4h，再置于超声波分散机内，常温下超声处理1~2h，常温冷却，得环氧改性聚丙烯酸酯乳液。
8.根据权利要求7所述的一种键盘用高硬度水性复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述的超声处理的功率为500~600W。
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