CN112341933A - 一种耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物30‑40份、含有羧基的超支化聚芳醚酮10‑15份、无机填料25‑35份、硼掺杂石墨烯量子点1‑2份、稀土氧化物纳米颗粒2‑3份、消泡剂2‑4份、流平剂1‑3份、助溶剂18‑25份。本发明还公开了一种所述耐磨涂料的制备方法。本发明公开的耐磨涂料耐磨性能优异,综合性能佳,性能稳定、耐候性、抗划伤性能和耐高温性能好,使用寿命长。

Description

一种耐磨涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料技术领域,尤其涉及一种耐磨涂料及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展,人造卫星、宇宙飞船、高速列车、汽轮机和发动机的叶轮、舰船的螺旋桨、水轮发电机的叶片以及船舶的甲板、建筑物的地板、路标漆等,都受到高速气流、砂石和水流的冲刷及机械力的作用,材料的磨损相当严重,为延长使用寿命,材料表面需要涂覆耐磨涂料。耐磨涂料是一类具有特殊功能的新型功能涂料,具有较好耐磨损性,能有效延长材料的使用寿命,是当前功能涂料市场的明星产品。
现有技术中的耐磨涂料种类较多,但普遍存在耐磨性能低,抗划伤性能和光泽差,成膜速度慢,耐老化性能、附着性、耐高温性能和耐候性有待进一步提高,使用寿命短的缺陷。
申请号为201210471112.6的中国发明专利公开了一种耐磨涂料及其生产方法。该发明的技术方案要点为:一种耐磨涂料,包括以下重量份的原料:铬绿1~10份、刚玉20~50份、莫来石10~20份、氧化铝5~20份、硅石5~10份、粘土10~20份、纤维0.5~2份、磷酸铝溶液10~20份和保湿剂5~10份。该发明还公开了该耐磨涂料的生产方法。用该耐磨涂料对磨损部位进行涂抹,可节省成本,减少时间,既环保又节省资源,且能有效地避免在施工中带来的一些不必要的麻烦。然而,这种涂料施工要求高,不适合厚涂,厚涂后易开裂,储存稳定性不佳,易分层沉淀,重涂性不佳,流平性差,装饰效果不好。
因此,开发一种耐磨性能优异,综合性能佳,性能稳定、耐候性、抗划伤性能和耐高温性能好,使用寿命长的耐磨涂料符合市场需求,具有广泛的市场价值和应用前景,对促进功能涂料行业的发展具有非常重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷,本发明提供一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物30-40份、含有羧基的超支化聚芳醚酮10-15份、无机填料25-35份、硼掺杂石墨烯量子点1-2份、稀土氧化物纳米颗粒2-3份、消泡剂2-4份、流平剂1-3份、助溶剂18-25份。
优选的,所述助溶剂为丙二醇甲醚、四氢化萘、环己酮中的一种或几种。
优选的,所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。
优选的,所述消泡剂为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种。
优选的,所述稀土氧化物纳米颗粒的制备方法参见申请号为201610381018.X的中国发明专利实施例1;所述硼掺杂石墨烯量子点的制备方法参见申请号为201710757366.7的中国发明专利实施例1。
优选的,所述无机填料为双飞粉、滑石粉、钛白粉、硫酸钡中的至少一种;所述无机填料的粒径为1000-1500目。
优选的,所述含有羧基的超支化聚芳醚酮的制备方法参见申请号为201610317850.3的中国发明专利实施例1。
优选的,所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在70-80℃下搅拌反应4-6小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗3-7次,最后置于真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在40-60℃下搅拌反应3-5小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
优选的,步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:(0.8-1.2):(10-20)。
优选的,所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
优选的,所述有机溶剂为二甲亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
优选的,步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:(0.1-0.2):(4-10)。
本发明的另一个目的,在于提供一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨20-30min,过滤得到耐磨涂料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(1)本发明提供的耐磨涂料的制备方法,该制备方法简单易行,施工方便,制备效率高,制备过程对环境污染小,适合连续规模化生产,具有较高的推广应用价值。
(2)本发明提供的耐磨涂料,克服了传统耐磨涂料或多或少存在耐磨性能低,抗划伤性能和光泽差,成膜速度慢,耐老化性能、附着性、耐高温性能和耐候性有待进一步提高,使用寿命短的缺陷,通过各组分协同作用,使得制成的耐磨涂料耐磨性能优异,综合性能佳,性能稳定、耐候性、抗划伤性能和耐高温性能好,使用寿命长。
(3)本发明提供的耐磨涂料,以氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物作为成膜物质,在分子链上引入氟苯、金刚烷、硅氮结构,在电子效应、位阻效应和共轭效应等多重作用下,使得的涂料耐磨性更好,综合性能更优异,耐候性和机械力学性能更佳。
(4)本发明提供的耐磨涂料,作为成膜物质的氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物首先通过4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯上的双环氧基官能团与1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷上的双重氨基官能团发生开环反应,得到中间产物,然后2,3,4,6-四氟苯甲基氯上的氯基再与中间产物上的叔氨基发生季铵化反应,生成成膜物质,在开环反应过程中会在分子链上引入活性羟基,在季铵化反应过程中引入季铵盐阳离子结构,这些结构使得涂料与基材的粘结性能提高;且季铵盐阳离子的引入为后续交联固化提供反应位点。
(5)本发明提供的耐磨涂料,氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物上的季铵盐阳离子基团易与含有羧基的超支化聚芳醚酮上的羧基发生离子交换反应而交联,形成三维网络结构,能有效改善涂料的综合性能,特别是聚芳醚酮结构的引入,能进一步改善涂料的耐磨性和耐候性。
(6)本发明提供的耐磨涂料,引入硼掺杂石墨烯量子点和稀土氧化物纳米颗粒,协同作用能有效改善耐磨性能;通过硼掺杂使得耐磨性能更佳。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案,并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂,下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围;本发明实施例中涉及到的所述稀土氧化物纳米颗粒的制备方法参见申请号为201610381018.X的中国发明专利实施例1;所述硼掺杂石墨烯量子点的制备方法参见申请号为201710757366.7的中国发明专利实施例1;所述含有羧基的超支化聚芳醚酮的制备方法参见申请号为201610317850.3的中国发明专利实施例1;其他原料均为商业购买。
实施例1
一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物30份、含有羧基的超支化聚芳醚酮10份、无机填料25份、硼掺杂石墨烯量子点1份、稀土氧化物纳米颗粒2份、消泡剂2份、流平剂1份、助溶剂18份。
所述助溶剂为丙二醇甲醚;所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂;所述消泡剂为磷酸三丁酯;所述无机填料为双飞粉;所述无机填料的粒径为1000目。
所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在70℃下搅拌反应4小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗3次,最后置于真空干燥箱80℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在40℃下搅拌反应3小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.8:10;所述碱性催化剂为氢氧化钠;所述有机溶剂为二甲亚砜。
步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:0.1:4。
一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨20min,过滤得到耐磨涂料。
实施例2
一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物33份、含有羧基的超支化聚芳醚酮11份、无机填料27份、硼掺杂石墨烯量子点1.2份、稀土氧化物纳米颗粒2.3份、消泡剂2.5份、流平剂1.5份、助溶剂20份。
所述助溶剂为四氢化萘;所述流平剂为醋丁纤维素流平剂;所述消泡剂为消泡剂德谦3100;所述无机填料为滑石粉;所述无机填料的粒径为1100目。
所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在73℃下搅拌反应4.5小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗4次,最后置于真空干燥箱83℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在45℃下搅拌反应3.5小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.9:13;所述碱性催化剂为氢氧化钾;所述有机溶剂为四氢呋喃。
步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:0.13:6。
一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨23min,过滤得到耐磨涂料。
实施例3
一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物35份、含有羧基的超支化聚芳醚酮13份、无机填料30份、硼掺杂石墨烯量子点1.5份、稀土氧化物纳米颗粒2.5份、消泡剂3份、流平剂2份、助溶剂22份。
所述助溶剂为环己酮;所述流平剂为聚乙烯醇缩丁醛流平剂;所述消泡剂为消泡剂BYK088;所述无机填料为钛白粉;所述无机填料的粒径为1200目。
所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在75℃下搅拌反应5小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗5次,最后置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在50℃下搅拌反应4小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:1:15;所述碱性催化剂为碳酸钠;所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:0.15:7。
一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨25min,过滤得到耐磨涂料。
实施例4
一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物38份、含有羧基的超支化聚芳醚酮14份、无机填料33份、硼掺杂石墨烯量子点1.8份、稀土氧化物纳米颗粒2.8份、消泡剂3.5份、流平剂2.5份、助溶剂23份。
所述助溶剂为丙二醇甲醚;所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂按质量比1:2:3混合而成;所述消泡剂为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088按质量比1:3:5混合而成;所述无机填料为双飞粉、滑石粉、钛白粉、硫酸钡按质量比2:4:5:1混合而成;所述无机填料的粒径为1400目。
所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在78℃下搅拌反应5.5小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗6次,最后置于真空干燥箱88℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在58℃下搅拌反应4.5小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:1.1:18;所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾按质量比2:1:3:2混合而成;所述有机溶剂为四氢呋喃。
步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:0.18:9。
一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨28min,过滤得到耐磨涂料。
实施例5
一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物40份、含有羧基的超支化聚芳醚酮15份、无机填料35份、硼掺杂石墨烯量子点2份、稀土氧化物纳米颗粒3份、消泡剂4份、流平剂3份、助溶剂25份。
所述助溶剂为丙二醇甲醚;所述流平剂为醋丁纤维素流平剂;所述消泡剂为消泡剂德谦3100;所述无机填料为硫酸钡;所述无机填料的粒径为1500目。
所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在80℃下搅拌反应6小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗7次,最后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在60℃下搅拌反应5小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:1.2:20;所述碱性催化剂为碳酸钾;所述有机溶剂为二甲亚砜。
步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:0.2:10。
一种所述耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨30min,过滤得到耐磨涂料。
对比例1
本例提供一种耐磨涂料,其配方和制备方法与实施例1基本相同,不同的是没有添加稀土氧化物纳米颗粒。
对比例2
本例提供一种耐磨涂料,其配方和制备方法与实施例1基本相同,不同的是没有添加硼掺杂石墨烯量子点。
对比例3
本例提供一种耐磨涂料,其配方和制备方法与实施例1基本相同,不同的是用石墨烯量子点代替硼掺杂石墨烯量子点。
对比例4
本例提供一种耐磨涂料,其配方和制备方法与实施例1基本相同,不同的是没有添加含有羧基的超支化聚芳醚酮。
对比例5
本例提供一种耐磨涂料,其配方和制备方法与实施例1基本相同,不同的是氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备过程中没有步骤D2。
为了进一步说明本发明实施例的有益技术效果,分别就本发明实施例1-5及对比例1-5的各耐磨涂料进行性能测试,测试方法和测试结果见表1所示。
从表1可以看出,本发明实施例公开的耐磨涂料附着力更强,硬度更好,耐磨性和耐酸碱性能更佳,只是各组分协同作用的结果,通过硼掺杂石墨烯量子点对耐磨性和耐酸碱性能均有改善作用。
表1
项目 附着力等级 硬度 耐磨性(RCA磨耗) 耐酸碱性
单位 H
测试标准 GB/T9286-1998 GB/T6739-2006 ASTMF2357-04 GB/T1763-79
实施例1 1 3 1660 无变化
实施例2 1 3 1675 无变化
实施例3 1 4 1681 无变化
实施例4 0 4 1694 无变化
实施例5 0 4 1706 无变化
对比例1 2 2 1394 无变化
对比例2 2 2 1380 轻微发白
对比例3 2 2 1505 无变化
对比例4 2 2 1420 表面发白,失光
对比例5 3 2 1436 表面发白,失光
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种耐磨涂料,其特征在于,是由如下按重量份计的各组分制成:氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物30-40份、含有羧基的超支化聚芳醚酮10-15份、无机填料25-35份、硼掺杂石墨烯量子点1-2份、稀土氧化物纳米颗粒2-3份、消泡剂2-4份、流平剂1-3份、助溶剂18-25份。
2.根据权利要求1所述的耐磨涂料,其特征在于,所述助溶剂为丙二醇甲醚、四氢化萘、环己酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的耐磨涂料,其特征在于,所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的耐磨涂料,其特征在于,所述消泡剂为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的耐磨涂料,其特征在于,所述无机填料为双飞粉、滑石粉、钛白粉、硫酸钡中的至少一种;所述无机填料的粒径为1000-1500目。
6.根据权利要求1所述的耐磨涂料,其特征在于,所述氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物的制备方法,包括如下步骤:
步骤D1、将4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂加入到有机溶剂中,在70-80℃下搅拌反应4-6小时,后旋蒸除去溶剂,并将制成的产品用水洗3-7次,最后置于真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重,得到中间产物;
步骤D2、将经过步骤D1制成的中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯加入到二甲亚砜中,在40-60℃下搅拌反应3-5小时,后旋蒸除去二甲亚砜,得到氟苯改性基于金刚烷基苯含硅氮结构的聚合物。
7.根据权利要求6所述的耐磨涂料,其特征在于,步骤D1中所述4,6-双(1-金刚烷基)-1,3-二缩水甘油醚基苯、1,1-二甲基-N,N'-二仲丁氨基硅烷、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:(0.8-1.2):(10-20)。
8.根据权利要求6所述的耐磨涂料,其特征在于,所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种;所述有机溶剂为二甲亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
9.根据权利要求6所述的耐磨涂料,其特征在于,步骤D2中所述中间产物、2,3,4,6-四氟苯甲基氯、二甲亚砜的质量比为1:(0.1-0.2):(4-10)。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的耐磨涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将各原料按重量份混合,使用高速分散机分散均匀,然后使用砂磨机研磨20-30min,过滤得到耐磨涂料。
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