CN113402974A - 涂料组合物、涂料及其制备方法和应用、涂层 - Google Patents

涂料组合物、涂料及其制备方法和应用、涂层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种涂料组合物、涂料及其制备方法和应用和一种涂层。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：甲基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、改性硅油、含氟表面活性剂和溶剂，使用该涂料组合物制备得到的涂层具有易清洁、高硬度的优点；同时，将该涂层应用于厨房电器中，能够使厨房电器类产品表面达到疏水疏油的效果。

Description

涂料组合物、涂料及其制备方法和应用、涂层
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种涂料组合物、涂料及其制备方法和应用和一种涂层。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对于油烟机、燃气灶、烤箱等厨房电器的易清洁需求越来越强烈。
厨房家电在长时间使用的过程中，家电的表面会粘附较多油渍、污渍，清理十分麻烦。
通常用于厨电类产品的表面涂层材质主要有氟碳涂料、有机硅涂料和环氧粉末。
然而，上述涂层具有硬度低、附着性差、耐温性差、难清洁及存在食品接触安全隐患等缺点。
因此，开发出一种具有耐高温、易清洁且疏水疏油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电器，特别是厨房电器用产品表面易附着油污且难已清洁、涂层硬度低的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种涂料组合物，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：
甲基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、改性硅油、含氟表面活性剂和溶剂；
所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，
Figure BDA0003097461480000021
其中，
在式(1)中，R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-20的烷基、C2-20的烯基、C6-20的芳基、C1-20的烷氧基、C1-20烷基-NH-；n为正整数，且n使得所述聚硅氮烷的重均分子量为100-1000；
以所述涂料组合物的总重量为基准，所述甲基聚硅氧烷树脂的含量为5-50wt％、所述聚硅氮烷的含量为5-25wt％、所述改性硅油的含量为0.005-0.2wt％、所述含氟表面活性剂的含量为0.005-0.15wt％、所述溶剂的含量为30-85wt％。
本发明的第二方面提供一种制备涂料的方法，该方法包括：将第一方面所述的涂料组合物中的各组分进行混合。
本发明的第三方面提供一种由第二方面所述的方法制得的涂料。
本发明的第四方面提供第三方面所述的涂料在家用电器、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涂料在厨房电器中的应用。
本发明的第六方面提供一种涂层，该涂层是将第三方面所述的涂料喷涂覆于基体表面后固化得到。
本发明将特定含量的甲基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、改性硅油、氟表面活性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高硬度以及易清洁的优点。而且，本发明的组合物体系形成的涂层具有明显更低的表面能，能够提升涂层的疏水疏油效果。
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。
所述C1-20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。“C1-10的烷基”等具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
所述C2-20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。“C2-10的烯基”等具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
所述C6-20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。“C6-12的芳基”等具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
所述C1-20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。“C1-10的烷氧基”等具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
所述C1-20烷基-NH-是指：N上的一个取代基为C1-20烷基，示例性地，C1-20烷基-NH-例如可以为CH3-NH-，该“CH3”可以替换成选自C1-20烷基的任意基团。“C1-10烷基-NH-”等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：
甲基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、改性硅油、含氟表面活性剂和溶剂；
所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，
Figure BDA0003097461480000041
其中，
在式(1)中，R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-20的烷基、C2-20的烯基、C6-20的芳基、C1-20的烷氧基、C1-20烷基-NH-；n为正整数，且n使得所述聚硅氮烷的重均分子量为100-1000；
以所述涂料组合物的总重量为基准，所述甲基聚硅氧烷树脂的含量为5-50wt％、所述聚硅氮烷的含量为5-25wt％、所述改性硅油的含量为0.005-0.2wt％、所述含氟表面活性剂的含量为0.005-0.15wt％、所述溶剂的含量为30-85wt％。
优选地，以所述涂料组合物的总重量为基准，所述甲基聚硅氧烷树脂的含量为10-35wt％、所述聚硅氮烷的含量为10-20wt％、所述改性硅油的含量为0.02-0.08wt％、所述含氟表面活性剂的含量为0.01-0.05％、所述溶剂的含量为50-75wt％。发明人发现，采用该优选情况下的涂料组合物能够获得硬度更高、更易清洁的涂层。
优选地，所述甲基聚硅氧烷树脂的重均分子量为300-5000，优选为1500-3000。
特别优选地，所述甲基聚硅氧烷树脂选自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司的牌号SH-9601的甲基聚硅氧烷树脂或深圳市吉鹏硅氟材料有限公司的牌号SH-9602的甲基聚硅氧烷树脂。发明人发现，采用该优选情况下的涂料组合物能够获得硬度更高、更易清洁的涂层。
优选地，在式(1)中，R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-10的烷基、C2-10的烯基、C6-20的芳基、C1-10的烷氧基、C1-10烷基-NH-，n为正整数，且n使得所述聚硅氮烷的重均分子量为400-900。
特别优选地，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。
特别优选地，所述聚硅氮烷选自默克试剂公司的牌号440191、牌号379212、牌号52619的甲基聚硅氮烷中的至少一种。发明人发现，采用该优选情况下的涂料组合物能够获得硬度更高、更易清洁的涂层。
优选情况下，所述改性硅油甲基硅油、乙烯基硅油、甲基含氢硅油、甲基氟硅油、聚醚改性硅油、氨基改性硅油、十六烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。
更优选地，所述改性硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、甲基氟硅油、甲基含氢硅油、十六烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。发明人发现，采用该优选情况下的涂料组合物能够获得硬度更高、更易清洁的涂层。
优选情况下，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、二甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯中的至少一种。
更优选地，所述溶剂选自正己烷、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、二甲苯、乙酸丁酯、石油醚中的至少一种。
优选情况下，所述含氟表面活性剂选自全氟烷基磷酸酯、全氟烷基甜菜碱、全氟烷基环氧乙烷加合物、全氟烷基氧化胺化合物、含氟脂肪族氧化胺、含氟脂肪族磺基琥珀酸钠、含氟脂肪族硬脂酸酯、含氟脂肪族磷酸酯、含氟脂肪族季铵盐、含氟脂肪族聚氧化乙烯中的至少一种。
更优选地，所述含氟表面活性剂选自3M公司的FC-170C、3M公司的FC-129、3M公司的FC-430、3M公司的FC-4430、杜邦公司的FSO、杜邦公司的FSO-100、杜邦公司的FSN、杜邦公司的FSN-100、杜邦公司的FS-63、杜邦公司的FS-3100和杜邦公司的FS-300、OMNOVA公司的PF-151N、OMNOVA公司的PF-136A和OMNOVA公司的PF-156A中的至少一种。
特别优选地，所述含氟表面活性剂选自3M公司的FC-430、3M公司的FC-4430、杜邦公司的FS-3100、OMNOVA公司的PF-156A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。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备涂料的方法，该方法包括：将第一方面所述的涂料组合物中的各组分进行混合。
优选地，所述的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改性硅油进行第一接触反应，得到稀释液；
(2)将所述稀释液与聚硅氮烷、含氟表面活性剂进行第二接触反应，得到所述涂料。
优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅搅拌速度为300-1000rpm，温度为5-35℃，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400-800rpm，温度为15-30℃，时间为15-35min。
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500-2000rpm，温度为5-35℃，时间为5-40min。
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1000-1600rpm，温度为15-30℃，时间为10-30min。
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涂料。
如前所述，本发明的第四方面提供了第三方面所述的涂料在家用电器、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涂层，该涂层是将权第三方面所述的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，所述基体为玻璃基体。
特别地，发明人发现，采用本发明的组合物制得的涂料用于玻璃基体时，具有明显更好的易清洁性能。
优选地，所述涂层的厚度为0.1μm-100μm，优选为1μm-20μm。
优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为20-40℃，时间为0.5-5h。
更优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为20-25℃，时间为1-3h。
优选地，所述固化的条件至少满足：温度为90-200℃，时间为0.5-5h。
更优选地，所述固化的条件至少满足：温度为120-200℃，时间为0.5-2h。
以下将通过实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使用的各种原料均为市售品。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，本发明所述的室温或常温为25±2℃。
甲基聚硅氧烷树脂I：重均分子量为1800，牌号SH-9601，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
甲基聚硅氧烷树脂II：重均分子量为2400，牌号SH-9602，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
甲基聚硅氧烷树脂III：重均分子量为3000，牌号SH-9602，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
甲基苯基聚硅氧烷树脂：重均分子量为2800，牌号SH-021，购自济南易盛树脂有限公司。
甲基聚硅氮烷I：重均分子量为600，牌号440191，购自默克试剂公司；
甲基聚硅氮烷II：重均分子量为800，牌号379212，购自默克试剂公司；
甲基聚硅氮烷III：重均分子量为450，牌号52619，购自默克试剂公司；
1,1,3,3-四甲基二硅氮烷：重均分子量为133.34，牌号741869，购自默克试剂公司；
甲基硅油：购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
甲基氟硅油：购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
甲基含氢硅油：购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
乙烯基硅油：购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
十六烷基三乙氧基硅烷：购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
含氟表面活性剂PF-156A，购自OMNOVA公司；
含氟表面活性剂PF-136，购自OMNOVA公司；
含氟表面活性剂FC-4430，购自3M公司；
含氟表面活性剂FS-3100，购自杜邦公司；
含氟表面活性剂FS-63，购自杜邦公司；
含氟表面活性剂FS-300，购自杜邦公司；
含氟表面活性剂FSO-100，购自杜邦公司；
含氟表面活性剂FC-170C，购自3M公司；
玻璃基体：购自东莞市旭鹏玻璃有限公司。
喷涂设备：型号W-71，购自日本岩田公司，喷涂距离200(mm)，喷嘴口径0.8mm，空气压力0.3MPa。
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“wt％”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涂料。
所述制备涂料的方法包括以下步骤：
(1)在搅拌速度为600rpm，室温条件下，将甲苯、甲基聚硅氧烷树脂和甲基硅油进行第一接触反应，反应20min后，得到稀释液；
(2)在搅拌速度为1000rpm，室温条件下，将步骤(1)得到的稀释液与甲基聚硅氮烷、含氟表面活性剂PF-156A进行第二接触反应，反应20min后，得到所述涂料；
(3)将步骤(2)得到的涂料喷涂覆于玻璃基体表面上，形成涂料层，然后将具有涂料层的玻璃基体在室温下干燥1h，然后将具有涂料层的玻璃基体放入烘箱中，在温度为150℃的条件下固化为2h，得到涂层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：配方中不含改性硅油，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：配方中不含氟表面活性剂，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：配方中采用等重量的甲基苯基聚硅氧烷树脂替代甲基聚硅氧烷树脂。
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：配方中采用等重量的1,1,3,3-四甲基二硅氮烷替代聚硅氮烷。
表1
Figure BDA0003097461480000101
Figure BDA0003097461480000111
表1(续1)
Figure BDA0003097461480000112
Figure BDA0003097461480000121
表1(续1)
Figure BDA0003097461480000122
测试例1
将实施例和对比例产品进行水接触角、硬度和附着力测试，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/T 9286-1998对涂层进行附着力性能测试。
表2
水接触角/° 硬度/H 附着力
实施例1 104.1 6H 0
实施例2 105.6 6H 0
实施例3 103.8 5H 0
实施例4 102.6 5H 0
实施例5 105.8 6H 0
实施例6 106.3 5H 0
实施例7 105.9 6H 0
实施例8 103.8 5H 0
实施例9 106.2 6H 0
对比例1 94.3 3H 0
对比例2 95.1 3H 0
对比例3 96.2 4H 0
对比例4 97.4 4H 0
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、硬度高的优点；同时，将该涂层应用于厨房电器中，还具有疏水疏油效果。
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：
甲基聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、改性硅油、含氟表面活性剂和溶剂；
所述聚硅氮烷具有式(1)所示的结构，
Figure FDA0003097461470000011
其中，
在式(1)中，R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-20的烷基、C2-20的烯基、C6-20的芳基、C1-20的烷氧基、C1-20烷基-NH-；n为正整数，且n使得所述聚硅氮烷的重均分子量为100-1000；
以所述涂料组合物的总重量为基准，所述甲基聚硅氧烷树脂的含量为5-50wt％、所述聚硅氮烷的含量为5-25wt％、所述改性硅油的含量为0.005-0.2wt％、所述含氟表面活性剂的含量为0.005-0.15wt％、所述溶剂的含量为30-85wt％。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，以所述涂料组合物的总重量为基准，所述甲基聚硅氧烷树脂的含量为10-35wt％、所述聚硅氮烷的含量为10-20wt％、所述改性硅油的含量为0.02-0.08wt％、所述含氟表面活性剂的含量为0.01-0.05％、所述溶剂的含量为50-75wt％。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述甲基聚硅氧烷树脂的重均分子量为300-5000，优选为1500-3000。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，在式(1)中，R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-10的烷基、C2-10的烯基、C6-20的芳基、C1-10的烷氧基、C1-10烷基-NH-；n为正整数，且n使得所述聚硅氮烷的重均分子量为400-900；
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。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述改性硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、甲基含氢硅油、甲基氟硅油、聚醚改性硅油、氨基改性硅油、十六烷基三乙氧基硅烷中的至少一种；
优选地，所述改性硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、甲基氟硅油、甲基含氢硅油、十六烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，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、二甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯中的至少一种；
优选地，所述溶剂选自正己烷、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、二甲苯、乙酸丁酯、石油醚中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述含氟表面活性剂选自全氟烷基磷酸酯、全氟烷基甜菜碱、全氟烷基环氧乙烷加合物、全氟烷基氧化胺化合物、含氟脂肪族氧化胺、含氟脂肪族磺基琥珀酸钠、含氟脂肪族硬脂酸酯、含氟脂肪族磷酸酯、含氟脂肪族季铵盐、含氟脂肪族聚氧化乙烯中的至少一种；
优选地，所述含氟表面活性剂选自3M公司的FC-170C、3M公司的FC-129、3M公司的FC-430、3M公司的FC-4430、杜邦公司的FSO、杜邦公司的FSO-100、杜邦公司的FSN、杜邦公司的FSN-100、杜邦公司的FS-63、杜邦公司的FS-3100和杜邦公司的FS-300、OMNOVA公司的PF-151N、OMNOVA公司的PF-136A和OMNOVA公司的PF-156A中至少一种。
8.一种制备涂料的方法，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，所述的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改性硅油进行第一接触反应，得到稀释液；
(2)将所述稀释液与聚硅氮烷、含氟表面活性剂进行第二接触反应，得到所述涂料。
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300-1000rpm，温度为5-35℃，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400-800rpm，温度为15-30℃，时间为15-35min。
11.根据权利要求9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500-2000rpm，温度为5-35℃，时间为5-40min；
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1000-1600rpm，温度为15-30℃，时间为10-30min。
12.由权利要求8-11中任意一项所述的方法制得的涂料。
13.权利要求12中所述的涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。
14.权利要求12中所述的涂料在厨房电器中的应用。
15.一种涂层，其特征在于，该涂层是将权利要求12中所述的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所述的涂层，其中，所述涂层的厚度为0.1μm-100μm，优选为1μm-20μm。
17.根据权利要求15或16所述的涂层，其中，所述干燥的条件至少满足：温度为20-40℃，时间为0.5-5h。
18.根据权利要求15或16所述的涂层，其中，所述固化的条件至少满足：温度为90-200℃，时间为0.5-2h。
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