CN113174198A - 耐高温涂料组合物、耐高温涂料及其制备方法和应用及一种耐高温涂层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，公开了一种耐高温涂料组合物、耐高温涂料及其制备方法和应用及一种耐高温涂层。本发明将特定含量的甲基苯基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、烷基硅烷、硅烷偶联剂和溶剂复配获得涂料组合物，使用该涂料组合物制备得到的涂层具有易清洁、耐高温、附着性佳的优点；同时，将该涂层应用于厨房电器中，还能够赋予电器的疏水疏油效果。

Description

耐高温涂料组合物、耐高温涂料及其制备方法和应用及一种 耐高温涂层

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种耐高温涂料组合物、耐高温涂料及其制备方法和应用、耐高温涂层。

背景技术

随着经济社会的发展，人民生活水平日益提高，人们对家用电器的要求也越来越高、越来越细致，特别是长时间高频率接触各种油污、调料、酸碱的厨房电器，人们除了要求其具有常规的产品性能外，还要求产品在工作过程中具有无油烟渗出、产品表面油污易于清洁的特点。

不锈钢具有耐腐蚀、强度高、经济耐用、光洁度高、易加工以及焊接性能好等优点，在油烟机、燃气灶和烤箱等家用电器上大量使用。但在上述环境下长时间使用，不锈钢的表面会附着强力油污，这些强力油污不易清洁，且在大力清洁的情况下，在去除污垢的过程中还有可能会损坏附着在不锈钢产品表面的涂层；另外，在高温使用环境下，不锈钢还容易出现高温氧化变黄的问题，严重影响不锈钢产品的外观。

因此，开发出一种具有耐高温且易清洁的涂层应用于厨房电器中，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的厨房电器用不锈钢产品表面易附着油污且难已清洁、容易出现高温氧化变黄的问题。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种耐高温涂料组合物，该涂料组合物中含有各自独立保存或两者以上混合保存的以下组分：

甲基苯基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、烷基硅烷、硅烷偶联剂和溶剂；

所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，所述烷基硅烷具有式(2)所示的结构，

其中，

在式(1)中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、C_1-20的烷基、C_2-20的烯基、C_6-20的芳基、C_1-20的烷氧基、C_1-20烷基-NH-，n为1-100的整数；

在式(2)中，R₄选自C_1-20的烷基，R₅、R₆和R₇各自独立地选自C_1-20的烷氧基；

以所述涂料组合物的总质量为基准，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的含量为5-50质量％、所述聚硅氮烷的含量为5-30质量％、所述烷基硅烷的含量为0.01-0.5质量％、所述硅烷偶联剂的含量为0.01-0.05质量％和所述溶剂的含量为30-88质量％。

本发明第二方面提供一种制备耐高温涂料的方法，该方法包括：将第一方面所述的耐高温涂料组合物中的各组分进行混合。

本发明第三方面提供由第二方面所述的方法制得的耐高温涂料。

本发明第四方面提供第三方面所述的耐高温涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。

本发明第五方面提供第三方面所述的耐高温涂料在厨房电器中的应用。

本发明第六方面提供一种耐高温涂层，该耐高温涂层是将第三方面所述的耐高温涂料喷涂覆于基体表面后固化得到的。

本发明将特定含量的甲基苯基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、烷基硅烷、硅烷偶联剂和溶剂复配获得涂料组合物，使用该涂料组合物制备得到的涂层具有易清洁、耐高温的优点；特别地，将该涂层应用于厨房电器中，还能够赋予电器的疏水疏油效果。

发明人发现，采用本发明的组合物制得的涂料用于不锈钢基体时，具有明显更好的耐高温性能。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

需要说明的是，在本发明的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本发明仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。

在没有相反说明的情况下，本发明所述的室温为25±2℃。

所述C_1-20的烷基是指碳原子总数为1-20的烷基，包括直链烷基和支链烷基，例如可以为C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇、C₁₈、C₁₉或C₂₀的烷基。“C_1-10的烷基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。

所述C_2-20的烯基是指碳原子总数为2-20的烯基，包括直链烯基和支链烯基，例如可以为C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇、C₁₈、C₁₉或C₂₀的烯基。“C_2-10的烯基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。

所述C_6-20的芳基是指碳原子总数为6-20的芳基，例如可以为苯基、烷基取代的苯基、萘基、烷基取代的萘基、联苯基、烷基取代的联苯基等。“C_6-10的芳基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。

所述C_1-20的烷氧基是指碳原子总数为1-20的烷氧基，例如可以为C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇、C₁₈、C₁₉或C₂₀的烷氧基。“C_1-10的烷氧基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。

所述C_1-20烷基-NH-是指：N上的一个取代基为C_1-20烷基，示例性地，C_1-20烷基-NH-例如可以为CH₃-NH-，该“CH₃”可以替换成选自C_1-20烷基的任意基团。“C_1-10烷基-NH-”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。

如前所述，本发明的第一方面提供了一种耐高温涂料组合物，该涂料组合物中含有各自独立保存或两者以上混合保存的以下组分：

甲基苯基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、烷基硅烷、硅烷偶联剂和溶剂；

所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，所述烷基硅烷具有式(2)所示的结构，

其中，

在式(1)中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、C_1-20的烷基、C_2-20的烯基、C_6-20的芳基、C_1-20的烷氧基、C_1-20烷基-NH-，n为1-100的整数；

在式(2)中，R₄选自C_1-20的烷基，R₅、R₆和R₇各自独立地选自C_1-20的烷氧基；

以所述涂料组合物的总质量为基准，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的含量为5-50质量％、所述聚硅氮烷的含量为5-30质量％、所述烷基硅烷的含量为0.01-0.5质量％、所述硅烷偶联剂的含量为0.01-0.05质量％和所述溶剂的含量为30-88质量％。

优选地，以所述涂料组合物的总质量为基准，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的含量为10-30质量％、所述聚硅氮烷的含量为5-15质量％、所述烷基硅烷的含量为0.05-0.1质量％、所述硅烷偶联剂的含量为0.01-0.03质量％和所述溶剂的含量为60-80质量％。发明人发现，采用该优选情况所述的实施方式能够获得耐高温、附着性更好的涂层。

优选地，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的重均分子量为500-3000，优选为1500-2000。

优选地，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂为购于深圳市吉鹏硅氟材料有限公司的甲基苯基聚硅氧烷树脂JP601。在该优选情况下，能够赋予涂料组合物更优的耐高温和附着性。

优选地，在式(1)中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、C_1-10的烷基、C_2-10的烯基、C_6-10的芳基、C_1-10的烷氧基、C_1-10烷基-NH-，n为1-20的整数。

优选地，在式(1)中，R₁、R₂和R₃相同或不同，且R₁、R₂中的至少一个为甲基。

优选地，所述聚硅氮烷的重均分子量为100-1000，优选为500-900。

更优选地，所述聚硅氮烷为购自安徽艾约塔硅油有限公司的聚硅氮烷IOTA-9150。发明人发现，采用该优选情况的具体实施方式，获得的涂料组合物所制得的涂层具有更易清洁的优势。

优选地，在式(2)中，R₄选自C_1-10的烷基，R₅、R₆和R₇各自独立地选自C_1-10的烷氧基。

优选地，所述烷基硅烷选自辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。

更优选地，所述烷基硅烷选自十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。发明人发现，在该优选情况下获得的涂料组合物制得的涂层更容易清洁，且具有更好的疏水疏油效果。

优选地，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

特别优选地，所述硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。在该情况下，采用涂料组合物制得的涂层具有更优的附着性能。

优选地，所述溶剂选自正己烷、正辛烷、正癸烷、三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、乙醚、石油醚、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙酸丁酯和乙酸乙酯中的至少一种。

更优选地，所述溶剂选自正己烷、石油醚、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备耐高温涂料的方法，该方法包括：将第一方面所述的耐高温涂料组合物中的各组分进行混合。

优选地，所述将耐高温涂料组合物中的各组分进行混合的操作包括以下步骤：

(1)在溶剂存在下，将甲基苯基聚硅氧烷树脂和烷基硅烷进行第一接触反应，得到稀释液；

(2)将所述稀释液与聚硅氮烷、硅烷偶联剂进行第二接触反应，得到所述耐高温涂料。

优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为100-800rpm，温度为20-40℃，时间为10-60min。

更优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为500-800rpm，温度为23-25℃，时间为15-30min。

优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-2000rpm，温度为20-40℃，时间为10-30min。

更优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-1500rpm，温度为23-25℃，时间为10-20min。

如前所述，本发明的第三方面提供了由第二方面所述的方法制得的耐高温涂料。

如前所述，本发明的第四方面提供了第三方面所述的耐高温涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。

如前所述，本发明的第五方面提供了第三方面所述的耐高温涂料在厨房电器中的应用。

如前所述，本发明的第六方面提供了一种耐高温涂层，该耐高温涂层是将第三方面所述的耐高温涂料喷涂覆于基体表面后依次经过干燥和固化得到的。

优选地，所述基体为不锈钢基体。

优选地，所述耐高温涂层的厚度为0.1-100μm，优选为1-20μm。

优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为20-40℃，时间为0.5-2h。

更优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为23-25℃，时间为0.5-1h。

优选地，所述固化的条件至少满足：温度为90-250℃，时间为0.5-5h。

更优选地，所述固化的条件至少满足：温度为100-200℃，时间为0.5-2h。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实例中，在没有特别说明的情况下，涉及到的实验仪器和原料均为市售品。

实验仪器

全自动水接触角测试仪：型号博莱德BLD-D1，东莞博莱德仪器设备有限公司；

喷涂仪器：型号为喷枪W-71，日本岩田公司；

原料

甲基苯基聚硅氧烷树脂：牌号JP601，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；

有机硅树脂：聚硅氧烷树脂，牌号H201，深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；

聚硅氮烷：重均分子量为900，牌号IOTA-9150，购自安徽艾约塔硅油有限公司；

有机聚硼硅氮烷：数均分子量为700，牌号IOTA-9120，购自安徽艾约塔硅油有限公司；

烷基硅烷：十六烷基三甲氧基硅烷，购自曲阜晨光化工有限公司；

烷基硅烷：十二烷基三乙氧基硅烷，购自曲阜晨光化工有限公司；

烷基硅烷：十八烷基三甲氧基硅烷，购自曲阜晨光化工有限公司；

硅烷偶联剂：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，购自唐山三孚硅业股份有限公司；

硅烷偶联剂：γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，购自唐山三孚硅业股份有限公司；

硅烷偶联剂：γ-氨丙基三甲氧基硅烷，购自唐山三孚硅业股份有限公司；

硅烷偶联剂：3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，购自唐山三孚硅业股份有限公司；

硅烷偶联剂：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，购自唐山三孚硅业股份有限公司；

溶剂：二甲苯，购自济南奥泰化工有限公司；

溶剂：正己烷，购自济南双盈化工有限公司；

溶剂：甲苯，购自济南双盈化工有限公司；

溶剂：乙酸乙酯，购自济南裕诺化工有限公司；

溶剂：乙酸丁酯，济南裕诺化工有限公司；

溶剂：石油醚，济南裕诺化工有限公司；

溶剂：丙酮，济南裕诺化工有限公司；

基体：不锈钢基体，购自无锡晟鸿鑫特钢有限公司。

以下实例中，在没有相反情况下：

以下实例中的组分用量均以涂料组合物的总质量为基准，以“质量％”表示，且涂料组合物的总质量为1000g。

实施例1

本实施例用于说明本发明所述的耐高温涂料组合物按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法制备耐高温涂料。

所述制备耐高温涂料的方法包括以下步骤：

(1)在室温条件下，将甲苯、甲基苯基聚硅氧烷树脂和烷基硅烷加入烧杯中，以500rpm搅拌20min，得到稀释液；

(2)在室温条件下，将所述稀释液与聚硅氮烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入烧杯中，以1000rpm搅拌15min，得到所述耐高温涂料。

将所述耐高温涂料喷涂(喷涂距离200mm，喷嘴口径0.8mm，空气压力0.3MPa)于不锈钢基体表面上，形成涂料层，然后将具有涂料层的不锈钢基体在室温下干燥1h，然后将具有涂料层的不锈钢基体放入温度为150℃的烘箱中进行固化2h，得到耐高温涂层S1。

在没有特别说明的情况下，其余实施例采用与实施例1相同的流程进行，不同的是所采用的耐高温涂料组合物配方和工艺参数不同，具体参见表1中。

对比例1

本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中不含烷基硅烷，具体参见表1。

对比例2

本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中不含硅烷偶联剂，具体参见表1。

对比例3

本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中采用有机硅树脂替代甲基苯基聚硅氧烷树脂。

对比例4

本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中采用有机聚硼硅氮烷替代聚硅氮烷。

表1

表1(续1)

测试例1

将实施例和对比例产品进行水接触角、硬度、附着力和热失重等性能进行测试，结果见下表2。

其中，水接触角采用全自动水接触角测试仪进行测试；

按照国家标准GB/T6739-2009对涂层硬度进行测试；

按照国家标准GB/T9286-1998对涂层进行附着力性能测试；

按照国家标准GB/T9286-1998对涂层进行热失重进行测试。

表2

通过表2的结果可以看出，采用本发明特定配比的涂料组合物，使用该涂料组合物制备得到的涂层具有易清洁、耐高温、附着性佳的优点；同时，将该涂层应用于厨房电器中，还能够赋予电器的疏水疏油效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种耐高温涂料组合物，其特征在于，该涂料组合物中含有各自独立保存或两者以上混合保存的以下组分：

甲基苯基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、烷基硅烷、硅烷偶联剂和溶剂；

所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，所述烷基硅烷具有式(2)所示的结构，

其中，

在式(1)中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、C_1-20的烷基、C_2-20的烯基、C_6-20的芳基、C_1-20的烷氧基、C_1-20烷基-NH-，n为1-100的整数；

在式(2)中，R₄选自C_1-20的烷基，R₅、R₆和R₇各自独立地选自C_1-20的烷氧基；

以所述涂料组合物的总质量为基准，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的含量为5-50质量％、所述聚硅氮烷的含量为5-30质量％、所述烷基硅烷的含量为0.01-0.5质量％、所述硅烷偶联剂的含量为0.01-0.05质量％和所述溶剂的含量为30-88质量％。

2.根据权利要求1所述的耐高温涂料组合物，其中，以所述涂料组合物的总质量为基准，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的含量为10-30质量％、所述聚硅氮烷的含量为5-15质量％、所述烷基硅烷的含量为0.05-0.1质量％、所述硅烷偶联剂的含量为0.01-0.03质量％和所述溶剂的含量为60-80质量％。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温涂料组合物，其中，所述甲基苯基聚硅氧烷树脂的重均分子量为500-3000，优选为1500-2000。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的耐高温涂料组合物，其中，在式(1)中，R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢、C_1-10的烷基、C_2-10的烯基、C_6-10的芳基、C_1-10的烷氧基、C_1-10烷基-NH-，n为1-20的整数；

优选地，在式(1)中，R₁、R₂和R₃相同或不同，且R₁、R₂中的至少一个为甲基；

优选地，所述聚硅氮烷的重均分子量为100-1000，优选为500-900。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的耐高温涂料组合物，其中，在式(2)中，R₄选自C_8-18的烷基，R₅、R₆和R₇各自独立地选自C_1-10的烷氧基；

优选地，所述烷基硅烷选自辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种；

更优选地，所述烷基硅烷选自十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的耐高温涂料组合物，其中，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的耐高温涂料组合物，其中，所述溶剂选自正己烷、正辛烷、正癸烷、三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、乙醚、石油醚、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙酸丁酯和乙酸乙酯中的至少一种。

8.一种制备耐高温涂料的方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1-7中任意一项所述的耐高温涂料组合物中的各组分进行混合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述将耐高温涂料组合物中的各组分进行混合的操作包括以下步骤：

(1)在溶剂存在下，将甲基苯基聚硅氧烷树脂和烷基硅烷进行第一接触反应，得到稀释液；

(2)将所述稀释液与聚硅氮烷、硅烷偶联剂进行第二接触反应，得到所述耐高温涂料。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为100-800rpm，温度为20-40℃，时间为10-60min；

优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为500-800rpm，温度为23-25℃，时间为15-30min。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-2000rpm，温度为20-40℃，时间为10-30min；

优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-1500rpm，温度为23-25℃，时间为10-20min。

12.权利要求8-11中任意一项所述的方法制得的耐高温涂料。

13.权利要求12中所述的耐高温涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。

14.权利要求12中所述的耐高温涂料在厨房电器中的应用。

15.一种耐高温涂层，其特征在于，该耐高温涂层是将权利要求12所述的耐高温涂料喷涂覆于基体表面后依次经过干燥和固化得到的。

16.根据权利要求15所述的耐高温涂层，其中，所述基体为不锈钢基体；

优选地，所述耐高温涂层的厚度为0.1-100μm，优选为1-20μm。

17.根据权利要求15或16所述的耐高温涂层，其中，所述干燥的条件至少满足：温度为20-40℃，时间为0.5-2h；

优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为23-25℃，时间为0.5-1h。

18.根据权利要求15或16所述的耐高温涂层，其中，所述固化的条件至少满足：温度为90-250℃，时间为0.5-5h；

优选地，所述固化的条件至少满足：温度为100-200℃，时间为0.5-2h。