CN114381175B - 一种耐候性好免喷砂的有机-无机陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候性好免喷砂的有机‑无机陶瓷涂料及其制备方法；所述涂料包括A、B组分；A组分包括：水性有机树脂30‑45％，填料35‑45％，颜料15‑18％，乙酸5‑8％，去离子水余量；水性有机树脂包括酸性丙烯酸树脂和氨基树脂；B组分包括：硅烷88‑93％，流平剂3‑5％，甲醇余量；硅烷由甲基三甲氧基硅烷和γ‑(2,3‑环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷组成。本发明的陶瓷涂料，通过配方中加入水性丙烯酸树脂和少量KH560的双重作用，增加了涂层与基材之间的附着牢度，使得铝合金基材施工时无需经过喷砂工艺处理，只需经过简单的脱脂、酸洗、铬化后即可进行喷涂施工，固化后涂层百格附着力可达0级，突破了陶瓷涂料的技术瓶颈。

Description

一种耐候性好免喷砂的有机-无机陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，涉及一种陶瓷涂料，尤其涉及一种耐候性好免喷砂的有机-无机陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

随着中国城市化进程的快速推进，数量庞大的大型公共建筑、商业楼宇及高端住宅不断涌现，建筑铝幕墙的需求也快速增长。建筑铝幕墙常用的涂料有氟碳涂料和陶瓷涂料两种。目前铝幕墙板所涂装的氟碳涂料仍然以溶剂型为主，VOC排放量大，不利于环保，且喷涂废气的处理成本高；再加上氟碳涂层的硬度小于2H，日常使用过程中装饰涂层易被划伤、划破甚至造成脱落；陶瓷涂料具有硬度高、耐划伤性好、水性环保等特点，近年来在铝幕墙板上的应用越来越多，但是陶瓷涂料在使用过程中存在以下技术瓶颈：为了使陶瓷涂料与铝合金基材达到良好的附着力，在喷涂施工前需要对基材进行喷砂处理，工艺复杂且会产生大量粉尘和高能耗。大大制约了水性陶瓷涂料的大规模推广及应用。

通过对现有专利文献的检索发现，公开号为202010435014.1的中国发明专利公开了一种免喷砂高硬度防火型水性陶瓷涂料，然而该技术方案使得涂层与基材的附着力仅为1-2级，无法达到牢固附着的程度。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种耐候性好免喷砂的有机-无机陶瓷涂料及其制备方法。本发明的陶瓷涂料，通过配方中加入水性丙烯酸树脂和少量KH560的双重作用，增加了涂层与基材之间的附着牢度，使得铝合金基材施工时无需经过喷砂工艺处理，只需经过简单的脱脂、酸洗、铬化后即可进行喷涂施工，固化后涂层百格附着力可达0级，突破了陶瓷涂料的技术瓶颈。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，所述组合物包括A组分和B组分；

以占A组分总重的重量百分比含量计，A组分包括：

去离子水：余量；

所述水性有机树脂包括酸性丙烯酸树脂和氨基树脂；

以占B组分总重的重量百分比含量计，B组分包括：

硅烷 88-93％，

流平剂 3-5％，

甲醇余量；

所述硅烷由甲基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷组成。

作为本发明的一个实施方案，所述A组分和B组分的重量比为2:1-3:1。

作为本发明的一个实施方案，所述水性有机树脂由重量比为2:1-3:1的酸性丙烯酸树脂和氨基树脂组成。

作为本发明的一个实施方案，所述填料包含煅烧高岭土、重钙、云母粉、晶须硅、气相二氧化硅、羟乙基纤维素中的一种或几种。

作为本发明的一个实施方案，所述颜料包含钛白粉、炭黑、钛黄、氧化铁红、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

作为本发明的一个实施方案，所述A组分的pH值和最终涂料的pH值均控制在3.5-4.5之间。

作为本发明的一个实施方案，所述硅烷由重量比为15:1～20:1的甲基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷组成。

本发明还涉及一种所述的免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、将氨基树脂、颜料、填料、去离子水混合均匀，然后加入乙酸调节pH值在3.5-4.5之间，再加入酸性丙烯酸树脂，混合均匀；研磨，得到A组分色浆；

S2、将甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲醇、流平剂混合均匀，即得B组分；

S3、将A组分色浆和B组分混合均匀，以先快速水解、后慢速聚合的方式反应，获得所述免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，研磨至细度小于20μm；A组分色浆的pH值在3.5-4.5之间。色浆研磨过程中，由于研磨产生的热能使得色浆pH值会略微升高，当细度达到要求后，测试色浆pH值，如果不在3.5-4.5之间，则加入乙酸进行调节。

作为本发明的一个实施方案，步骤S3中，先快速水解、后慢速聚合的方式为：在滚架上120-150转/分的转速下反应1-2hr后取下，静置10-14hr。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的陶瓷涂料分子为有机-无机杂化结构，无机结构赋予涂层高硬度、耐摩擦、耐候性好等性能；有机基团赋予涂层优异的附着力、柔韧性、抗开裂等性能。水性配方，VOC排放量低，绿色环保。

(2)通过配方中加入丙烯酸树脂和少量KH560的双重作用，增加了涂层与基材之间的附着牢度，使得铝合金基材无需经过喷砂处理，只需经过简单的脱脂、酸洗、铬化后即可进行喷涂施工，固化后涂层百格附着力可达0级，突破了陶瓷涂料的技术瓶颈。

(3)通过配方中加入氨基树脂，增加了陶瓷涂层的硬度，使得涂层硬度高达6H以上，氨基树脂的交联作用增加了涂层的耐候性能；涂层4000hr人工老化测试色差≤1.0。

(4)采用先快速水解，后慢速聚合的制备方式，有利于形成规整的分子链结构，使得涂层的附着力更优。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明为免喷砂陶瓷涂料，单涂层。分为A、B两个组分，A:B＝2:1-3:1；体系中，A组分量过多，涂层硬度低，耐磨性差；A组分量过少，涂层附着力差，易开裂，耐冲击性能及耐冷热冲击性均下降。

其中A组分以总重100％计，配方如下：

其中：

水性有机树脂：由酸性丙烯酸树脂:氨基树脂＝2:1-3:1组成，水性有机成膜物质。酸性丙烯酸树脂属于有机树脂，作用有二：(1)可以增加涂层的柔韧性，防止开裂；(2)提高涂层与基材的附着力。氨基树脂作为固化剂，与丙烯酸树脂反应后固化成膜，可增加涂层的硬度、耐磨性、耐候性等性能。若丙烯酸树脂:氨基树脂<2:1，涂层硬度低，耐磨性不好；若丙烯酸树脂:氨基树脂＞3:1，涂层硬度太高，易开裂。

酸性丙烯酸树脂可以采用合肥安生医药科技有限公司的L30D-55甲基丙烯酸-丙烯酸乙酯共聚物、E30D聚丙烯酸树脂。

氨基树脂可以采用湛新allnex Cymel 385、上海凯茵化工JH03-W水性氨基树脂。

填料：煅烧高岭土、重钙、云母粉、晶须硅、气相二氧化硅、羟乙基纤维素中的一种或几种，作用为：降低成本，调节涂料的粘度、固含等。

颜料：赋予涂层不同的颜色，可根据涂层颜色选择合适的颜料，例如：钛白粉、炭黑、钛黄、氧化铁红、钴蓝、钴绿等颜料。

乙酸：调节涂料的pH值。A组分pH值和最终涂料的pH值均控制在3.5-4.5之间。A组分pH值在3.5-4.5之间，可以保证酸性丙烯酸树脂的稳定性，过高过低都会造成丙烯酸乳液破乳、沉淀而无法使用；涂料pH值控制在3.5-4.5之间可以保证涂层性能达到最佳，且涂料的可使用时间在72hr以上。

B组分以100％计，配方如下：

硅烷 88-93％，

流平剂 3-5％，

甲醇余量。

其中：

硅烷：由甲基三甲氧基硅烷:KH560＝15:1～20:1组成，是成膜物质，酸性条件下水解后与A组分中的水性丙烯酸乳液反应。KH560(γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷,)含有环氧基团，可增加涂层与基材的附着力，量过多则涂层发生黄变，耐候性不好；量过少则涂层附着力略差。

甲醇：溶剂，调节涂料的施工性，增加涂料中各组分的相容性。

流平剂：具有优异的底材润滑和流平性能，能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，还能防止缩孔、橘皮等漆膜缺陷的产生。

流平剂可以采用：BYK-333、德谦W77、中昊晨光化工研究院有限公司GY209-3

制备步骤如下：

(1)配料：将氨基树脂、颜料、填料、去离子水混合均匀，然后加入乙酸调节pH值在3.5-4.5之间，再加入酸性丙烯酸树脂，混合均匀；

该步骤需先将溶液pH值调整到3.5-4.5之间后，再加入酸性丙烯酸树脂，否则可能造成丙烯酸乳液破乳，出现沉淀而无法使用。

(2)制备A组分色浆：将步骤(1)得到的溶液在研磨机上研磨至细度小于20μm，pH值在3.5-4.5之间，则用300目滤布过滤后，得到A组分色浆。

色浆研磨过程中，由于研磨产生的热能使得色浆pH值会略微升高，当细度达到要求后，测试色浆pH值，如果不在3.5-4.5之间，则加入乙酸进行调节。

(3)将甲基三甲氧基硅烷、KH560、甲醇、流平剂混合均匀，即得到B组分。

(4)将A组分和B组分按配方比例混合均匀，在滚架上120-150转/分的转速下反应1-2hr后取下，静置12hr后即得到免喷砂陶瓷涂料，待用。

上述反应过程如下：首先硅烷在酸性条件下水解生成硅醇，其次硅醇与酸性丙烯酸树脂、氨基树脂发生缩聚反应，生成主链为Si-O-Si的无机结构，支链为有机基团的有机-无机杂化分子结构。主链的无机结构赋予涂层高硬度、耐摩擦、耐候性好等性能，有机基团赋予涂层优异的附着力、柔韧性、抗开裂等性能。

反应速度采用先快速水解(120-150转/分的转速下反应1-2hr)，后慢速聚合(静置12hr)的方式。有利于形成规整的分子链结构，涂层的附着力更优。

以下实施例中，酸性丙烯酸树脂采用E30D聚丙烯酸树脂，氨基树脂采用湛新allnex Cymel 385，有机硅改性聚酯树脂选用SMW-350，厦门爱珂玛化工有限公司；流平剂采用：BYK-333。详见以下各实施例：

实施例1～5

实施例1～5涉及一种免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物；其组成如表1所示。

该陶瓷涂料组合物的制备方法如下：

(1)配料：将氨基树脂、颜料、填料、去离子水混合均匀，然后加入乙酸调节pH值在3.5-4.5之间，再加入酸性丙烯酸树脂，混合均匀；

(2)制备A组分色浆：将步骤(1)得到的溶液在研磨机上研磨至细度小于20μm，pH值在3.5-4.5之间，则用300目滤布过滤后，得到A组分色浆。色浆研磨过程中，由于研磨产生的热能使得色浆pH值会略微升高，当细度达到要求后，测试色浆pH值，如果不在3.5-4.5之间，则加入乙酸进行调节。

(3)将甲基三甲氧基硅烷、KH560、甲醇、流平剂混合均匀，即得到B组分。

(4)将A组分和B组分按配方比例混合均匀，在滚架上135转/分的转速下反应1.5hr后取下，静置12hr后即得到免喷砂陶瓷涂料，待用。

对比例1～5

对比例1～5涉及一种免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物；其组成如表1所示。

该陶瓷涂料组合物的制备方法同实施例1。

表1

对以上实施例和对比例的陶瓷组合物进行测试，测试方法如表2，结果如表3所示。

表2、主要性能测试方法

表3、主要性能测试结果

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，所述组合物由重量比为2:1-3:1的A组分和B组分组成；其特征在于，

以占A组分总重的重量百分比含量计，A组分组成如下：

所述水性有机树脂由重量比为2:1-3:1的酸性丙烯酸树脂和氨基树脂组成；

以占B组分总重的重量百分比含量计，B组分组成如下：

硅烷 88-93％，

流平剂 3-5％，

甲醇余量；

所述硅烷由重量比为15:1～20:1的甲基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷组成；

所述有机-无机陶瓷涂料组合物是包括如下步骤的方法制备而得：

S1、将氨基树脂、颜料、填料、去离子水混合均匀，然后加入乙酸调节pH值在3.5-4.5之间，再加入酸性丙烯酸树脂，混合均匀；研磨，得到A组分色浆；

S2、将甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲醇、流平剂混合均匀，即得B组分；

S3、将A组分色浆和B组分混合均匀，以先快速水解、后慢速聚合的方式反应，获得所述免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物；

所述A组分的pH值和最终涂料的pH值均控制在3.5-4.5之间。

2.根据权利要求1所述的免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，其特征在于，所述填料包含煅烧高岭土、重钙、云母粉、晶须硅、气相二氧化硅、羟乙基纤维素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，其特征在于，所述颜料包含钛白粉、炭黑、钛黄、氧化铁红、钴蓝、钴绿中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，其特征在于，步骤S1中，研磨至细度小于20μm；A组分色浆的pH值在3.5-4.5之间。

5.根据权利要求1所述的免喷砂的有机-无机陶瓷涂料组合物，其特征在于，步骤S3中，先快速水解、后慢速聚合的方式为：在滚架上120-150转/分的转速下反应1-2hr后取下，静置10-14hr。