CN112358802A - 一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法，所述纳米水性涂料是由浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声波分散均匀而制得；所述浆料A是由三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、分散剂、去离子水分散均匀而制得；所述浆料B是由硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨均匀而制得。本发明提供的仿电镀涂层的纳米水性涂料，用于金属、木制品、塑料等时，可以形成近似于电镀的均匀致密性涂层，漆喷涂后可以替代传统电镀，亮度佳，附着力好，流平性佳，具有极佳的仿电镀效果，适合于汽车、电子电器等领域使用。

Description

一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及涂料的技术领域，特别是涉及一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法。

背景技术

电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺，从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性（硫酸铜等）及增进美观等作用，具有良好的应用价值。因此，电镀工艺已广泛用于生产生活中的众多领域。

电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等。滚镀适用于小件，紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。然而，电镀液通常是带有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，同时，电镀产生大量的废水和废气，严重污染环境，因此，研究替代电镀的涂料成为解决污染较佳的选择。

通过涂料直接喷涂替代电镀，不但能够解决污染问题，而且能耗降低、产量增大。如有报道将纳米涂料喷涂在塑料、木材、金属等上面，通过配制不同的颜色，如：金黄色、黄铜色、仿古金黄、炮铜色等可以得到比电镀更多的效果。可以在塑料、木制品、金属、玻璃、陶瓷等各种材料上喷镀。可广泛应用于汽车，电器，电脑手机，饰品，高档家具，工艺品等多种表面装饰行业。然而，现有涂料由于是通过成膜形成涂层，不同于电镀的沉积，因此得到的涂层致密性较差，附着力差，自流平较差，难以达到电镀高光高亮的效果。

中国发明专利申请号201510487319.6公开了一种仿电镀涂料，按照质量份数计包括以下组分：聚氨酯弹性体10-15份、封闭型异氰酸酯聚合物3-9份、三甲氧基硅烷14-33份、聚醚改性聚二甲基硅氧烷3-10份、丙烯酸树脂4-10份，醋酸丁酯5-13份，聚天冬氨酸5-12份，醋丁纤维素12-18份。中国发明专利申请号201911384275.9公开了一种环保型水性仿电镀银涂料，该涂料包括以下重量份组分：水性铝银浆4-5份，成膜助剂4-8份，树脂30-50份，分散剂3-5份，防沉剂3-5份，增稠剂2-3份，pH调节剂0.5-1份，去离子水30-40份；通过搅拌，静置，分散即可得到。

为了有效提高仿电镀涂料的致密性、附着力，同时改善光泽度和流平性，有必要提出一种新型仿电镀涂料，进而促进涂料替代电镀工艺的发展进程。

发明内容

针对目前涂料致密性差、附着力差，光泽度和流平性不佳的问题，制约了仿电镀涂料的应用，本发明提出一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法，从而提高了仿电镀涂料的效果，喷涂后可以实现替代传统电镀工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿电镀涂层的纳米水性涂料，所述纳米水性涂料是由浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声波分散均匀而制得；所述浆料A是由三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、分散剂、去离子水分散均匀而制得；所述浆料B是由硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨均匀而制得。

优选的，所述聚氨酯乳液的固含量为40-45%。

优选的，所述醋丙乳液的固含量为35-45%。

优选的，所述金属粉为铝粉、铜粉、不锈钢粉中的一种。

优选的，所述硅树脂为甲基苯基硅树脂。

优选的，所述分散剂为分散剂TEGODispers 610、TEGODispers 610S、TEGODispers651、TEGODispers 655、TEGODispers 700、TEGODispers 710、TEGODispers 740W、TEGODispers 757W、TEGODispers 760W中的一种。

进一步优选的，所述分散剂为分散剂TEGO Dispers757W。

优选的，所述硅溶胶的质量浓度为10-15%。

优选的，所述色粉为钛白粉、铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿中的一种。

本发明还提供了一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，然后加入分散剂、去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨均匀，获得浆料B；

（3）将浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声分散均匀，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

优选的，步骤（1）中所述低温冷冻研磨的温度控制在-20--10℃，转速控制在400-600rpm，研磨50-80min。

优选的，步骤（1）中所述浆料A制备中，三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、分散剂、去离子水的质量比例为100:5-8:15-20:0.5-1:150-200。

优选的，步骤（2）中所述研磨的转速控制在300-500rpm，研磨60-90min。

优选的，步骤（2）中所述浆料B制备中，硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水的质量比例为100:5-10:0.5-3:0.5-1:150-200。

优选的，步骤（3）中所述超声分散的超声波频率控制在30-50kHz，分散30-50min。

优选的，步骤（3）中所述浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液的质量比例为1:1-2:2-3:1-2。

公知的，电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、光滑性、耐热性和表面美观，应用极为广泛。然而，由于电镀液通常是带有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，同时，电镀产生大量的废水和废气，严重污染环境，因此，研究替代电镀的涂料成为解决污染较佳的选择。但现有的涂料通常存在致密性差、附着力差，光泽度和流平性不佳等缺陷，仿电镀效果差。本发明创造性地三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、硅溶胶等为原料，制备出具有优异仿电镀效果的纳米水性涂料。

本发明先将三聚磷酸铝与金属粉、硅树脂在低温冷冻研磨后加入分散剂、去离子水，分散为浆料A。其中，三聚磷酸铝是新一代无公害白色防锈颜料，无毒性，对皮肤无刺激作用，不含铅、铬等有害重金属元素，热稳定性好，三聚磷酸根离子P₃O₁₀ ^5-能与各种金属离子有更强的螯合力，在被涂物表面形成卓越的钝化膜，对钢铁以及轻金属等的腐蚀具有极强的抑制作用，而且涂料颜色可以自由调配；同时，三聚磷酸铝具有良好的附着性，通过与铝粉、硅树脂研磨为纳米粉，可有效发挥防锈效果。硅树脂是一种具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷聚合物，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有独特的物理、化学性能，有很好的电绝缘性质，耐温及防水的效果，通过与金属粉和三聚磷酸铝冷冻研磨，并分散为浆料，可保证金属粉不被氧化，同时保护三聚磷酸铝，用于涂料时，得到金属效果的仿电镀涂料；本发明中硅树脂优选为甲基苯基硅树脂，其在膜层中表现为良好的透明性、耐磨性。

进一步的，将硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨形成浆料B。其中，硅溶胶是胶体溶液，是以SiO₂ 为基本单位在水中的分散体，胶粒粒径为10-20nm，比一般乳液的微米级的粒径小很多，其容易自聚成致密的硬膜，且一旦成膜后不会再溶解，可以确保形成的仿电镀涂层的耐久性，具有持续的练好仿电镀效果。硅酮的化学性质稳定，对皮肤无毒性、无刺激性，润滑且易于涂布，用于涂料后可以提高涂料的坚韧和有弹性的漆膜，同时提升仿电镀效果的质感。

本发明中浆料A和浆料B制备中，分散剂均选择润湿分散剂TEGO系列，可以有效增加分散性，防止涂层浮色发花，有助于提高流平性。优选为市售分散剂TEGODispers 757 W。

更进一步的，本发明最后将浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声分散均匀得到仿电镀涂层的纳米水性涂料。所得涂料在喷涂后，形成良好的仿电镀自流平高光膜，且与基材附着力强、连接牢固，致密性佳，具有极佳的仿电镀效果。

现有的涂料致密性差、附着力差，光泽度和流平性不佳的问题，限制了涂料替代电镀工艺的应用。鉴于此，本发明提出一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法，将三聚磷酸铝与金属粉、硅树脂在低温冷冻研磨至纳米级，然后加入分散剂、去离子水分散为浆料A；将硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨形成浆料B；将浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声波分散，得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。本发明提供的仿电镀涂层的纳米水性涂料，用于金属、木制品、塑料等时，可以形成近似于电镀的均匀致密性涂层，漆喷涂后可以替代传统电镀，亮度佳，附着力好，流平性佳，具有极佳的仿电镀效果，适合于汽车、电子电器等领域使用。

本发明提出一种仿电镀涂层的纳米水性涂料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、本发明制备得到仿电镀涂层的纳米水性涂料，用于金属、木制品、塑料等时，可以形成近似于电镀的均匀致密性涂层，漆喷涂后可以替代传统电镀，亮度佳，附着力好，流平性佳，具有极佳的仿电镀效果，同时环保无污染，适合于汽车、电子电器等领域使用。

2、本发明通过三聚磷酸铝与金属粉、硅树脂在低温冷冻研磨，使硅树脂保护金属粉不被氧化，通过将硅溶胶、硅酮粉、色粉分散，硅溶胶处于纳米级别，易于自聚成硬膜，从而形成良好的仿电镀自流平高光膜，且与基材附着力强、连接牢固。

附图说明

图1：实施例1制得的涂料的涂层照片；

图2：对比例1制得的涂料的涂层照片；

图3：对比例2制得的涂料的涂层照片。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将100kg三聚磷酸铝、6.5kg铝粉、17.5kg甲基苯基硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，低温冷冻研磨的温度控制在-15℃，转速控制在500rpm，研磨65min，然后加入0.75kg分散剂TEGODispers 757W、175kg去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将100kg质量浓度为12%的硅溶胶、7.5kg硅酮粉、1.5kg钛白粉、0.751kg分散剂TEGODispers 757W、175kg去离子水研磨均匀，研磨的转速控制在400rpm，研磨75min，获得浆料B；

（3）将1kg浆料A、1.5kg浆料B、2.5kg固含量为42%的聚氨酯乳液、1.5kg固含量为40%的醋丙乳液超声分散均匀，超声波频率控制在40kHz，分散40min，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

实施例2

（1）将100kg三聚磷酸铝、6kg铜粉、16kg甲基苯基硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，低温冷冻研磨的温度控制在-12℃，转速控制在450rpm，研磨70min，然后加入0.6kg分散剂TEGODispers 757W、190kg去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将100kg质量浓度为11%的硅溶胶、6kg硅酮粉、1kg铜铬黑、0.6kg分散剂TEGODispers 757W、190kg去离子水研磨均匀，研磨的转速控制在350rpm，研磨80min，获得浆料B；

（3）将1kg浆料A、1.2kg浆料B、2.3kg固含量为41%的聚氨酯乳液、1.2kg固含量为38%的醋丙乳液超声分散均匀，超声波频率控制在35kHz，分散45min，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

实施例3

（1）将100kg三聚磷酸铝、7kg不锈钢粉、19kg甲基苯基硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，低温冷冻研磨的温度控制在-18℃，转速控制在550rpm，研磨60min，然后加入1kg分散剂TEGODispers 757W、160kg去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将100kg质量浓度为14%的硅溶胶、9kg硅酮粉、2.5kg铁锰黑、0.9kg分散剂TEGODispers 757W、160kg去离子水研磨均匀，研磨的转速控制在450rpm，研磨70min，获得浆料B；

（3）将1kg浆料A、1.8kg浆料B、2.8kg固含量为44%的聚氨酯乳液、1.8kg固含量为42%的醋丙乳液超声分散均匀，超声波频率控制在45kHz，分散35min，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

实施例4

（1）将100kg三聚磷酸铝、5kg铝粉、15kg甲基苯基硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，低温冷冻研磨的温度控制在-10℃，转速控制在400rpm，研磨80min，然后加入0.5kg分散剂TEGODispers 757W、200kg去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将100kg质量浓度为10%的硅溶胶、5kg硅酮粉、0.5kg钛锰棕、0.5kg分散剂TEGODispers 757W、200kg去离子水研磨均匀，研磨的转速控制在300rpm，研磨90min，获得浆料B；

（3）将1kg浆料A、1kg浆料B、3kg固含量为45%的聚氨酯乳液、2kg固含量为45%的醋丙乳液超声分散均匀，超声波频率控制在30kHz，分散50min，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

实施例5

（1）将100kg三聚磷酸铝、8kg不锈钢粉、20kg甲基苯基硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，低温冷冻研磨的温度控制在-20℃，转速控制在600rpm，研磨50min，然后加入1kg分散剂TEGODispers 757W、150kg去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将100kg质量浓度为15%的硅溶胶、10kg硅酮粉、3kg铁铬棕、1kg分散剂TEGODispers757W、150kg去离子水研磨均匀，研磨的转速控制在500rpm，研磨60min，获得浆料B；

（3）将1kg浆料A、2kg浆料B、2kg固含量为40%的聚氨酯乳液、1kg固含量为35%的醋丙乳液超声分散均匀，超声波频率控制在50kHz，分散30min，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

对比例1

对比例1与实施例1相比，三聚磷酸铝与金属粉研磨时没有加入硅树脂，其他与实施例1完全一致。

对比例2

对比例2与实施例1相比，涂料中没有加入纳米硅溶胶，其他与实施例1完全一致。

测试方法：

涂层外观情况测试：将本发明实施例1-5、对比例1-2得到的涂料在拉毛的ABS塑料板上涂刷成膜，涂层表观，放置自然干燥3天，测试结果如表1所示，实施例1、对比例1及对比例2的如附图1-3所示。

耐磨性测试：参考《色漆和清漆划格试验》（GBT9286-1998）测试本发明实施例1-5、对比例1-2制得的涂料喷涂形成涂层的耐磨性，测试结果如表1所示。

表1：

由表1可见，本发明实施例1-5制得的涂料喷涂形成的涂层平整、无橘皮现象，具有金属光泽，仿电镀效果优，其中实施例1的涂料见附图1。相比而言，对比例1由于三聚磷酸铝与金属粉研磨时没有加入硅树脂，由于缺少硅树脂的保护，得到的涂料金属粉粒径小容易氧化失去金属光泽，达不到仿电镀涂层的金属光泽效果，且有涂刷方向的橘皮，流平性差，如图2；对比例2的涂料中没有加入纳米硅溶胶，由于缺少纳米硅溶胶，用于基材的涂层难以形成致密、光亮的的硬膜，达不到电镀涂层的致密效果，且有涂刷方向的橘皮，流平性差，如图3。

Claims (9)

1.一种仿电镀涂层的纳米水性涂料，其特征在于，所述纳米水性涂料是由浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声波分散均匀而制得；所述浆料A是由三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、分散剂、去离子水分散均匀而制得；所述浆料B是由硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨均匀而制得。

2.根据权利要求1所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料，其特征在于，

所述聚氨酯乳液的固含量为40-45%；

所述醋丙乳液的固含量为35-45%；

所述金属粉为铝粉、铜粉、不锈钢粉中的一种；

所述硅树脂为甲基苯基硅树脂；

所述分散剂为分散剂TEGODispers 610、TEGODispers 610S、TEGODispers 651、TEGODispers 655、TEGODispers 700、TEGODispers 710、TEGODispers 740W、TEGODispers757W、TEGODispers 760W中的一种；

所述硅溶胶的质量浓度为10-15%；

所述色粉为钛白粉、铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿中的一种。

3.如权利要求1-2任一权项所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：

（1）将三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂进行低温冷冻研磨至纳米级，然后加入分散剂、去离子水，分散均匀，获得浆料A；

（2）将硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水研磨均匀，获得浆料B；

（3）将浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液超声分散均匀，即可得到一种仿电镀涂层的纳米水性涂料。

4.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述低温冷冻研磨的温度控制在-20--10℃，转速控制在400-600rpm，研磨50-80min。

5.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述浆料A制备中，三聚磷酸铝、金属粉、硅树脂、分散剂、去离子水的质量比例为100:5-8:15-20:0.5-1:150-200。

6.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述研磨的转速控制在300-500rpm，研磨60-90min。

7.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述浆料B制备中，硅溶胶、硅酮粉、色粉、分散剂、去离子水的质量比例为100:5-10:0.5-3:0.5-1:150-200。

8.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述超声分散的超声波频率控制在30-50kHz，分散30-50min。

9.根据权利要求3所述的一种仿电镀涂层的纳米水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述浆料A、浆料B、聚氨酯乳液、醋丙乳液的质量比例为1:1-2:2-3:1-2。

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