CN114836094B - 一种抗静电彩涂板 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及彩涂钢板领域，具体公开了一种抗静电彩涂板。一种抗静电彩涂板，包括基板以及涂层，所述涂层由涂料涂覆固化而成，所述涂料包括如下重量份的原料：有机硅改性丙烯酸树脂乳液50‑60份、金红石型二氧化钛20‑30份、陶土10‑20份、硅藻土10‑20份、改性海泡石纤维4‑6份、乙基纤维素2‑3份、分散剂1‑2份、润湿剂1‑2份、消泡剂0.5‑1份硅烷偶联剂0.1‑0.3份以及成膜助剂10‑20份；所述改性海泡石纤维为海泡石纤维负载氧化锌晶须。本申请的彩涂板适用于电子、食品、医疗、冷库等领域，其具有很好的抗静电以及耐低温的优点。
Description
技术领域
本申请涉及彩涂钢板领域，更具体地说，它涉及一种抗静电彩涂板。
背景技术
净化板又称为洁净板，是一种由彩涂板、不锈钢、铝合金板等材质作为面材的复合板，其具有独特的防尘、防静电等效果，可用作对室温环境要求苛刻的洁净工程领域。其中，彩涂板因其外观美观、强度高、加工成型方便等优点而被广泛应用。彩涂板又称彩涂钢板，是在连续机组上以镀锌带钢(电镀锌和热镀锌)为基板，经过表面预处理(脱脂和化学处理)，用辊涂的方法，涂上一层或多层液态涂料，经过烘烤和冷却所得的板材。
对于冷库环境下使用的净化板，除了需要具有很好的防尘、抗静电性能外，还需要具有很好的耐低温性能；一般来说，按照冷库的温度可以分为冷藏库以及冷冻库，冷藏库的温度一般为0～4℃，冷冻库的温度一般为-18～-25℃。在这种低温冷库环境下，彩涂板表面的涂层会变脆，导致其出现开裂甚至剥落的问题，影响彩涂板的使用寿命。
发明内容
为了提高彩涂板的低温柔韧性，本申请提供一种抗静电彩涂板。
本申请提供一种抗静电彩涂板，采用如下的技术方案：
一种抗静电彩涂板，包括基板以及涂层，所述涂层由涂料涂覆固化而成，所述涂料包括如下重量份的原料：
有机硅改性丙烯酸树脂乳液50-60份、金红石型二氧化钛20-30份、陶土10-20份、硅藻土10-20份、改性海泡石纤维4-6份、乙基纤维素2-3份、分散剂1-2份、润湿剂1-2份、消泡剂0.5-1份、硅烷偶联剂0.1-0.3份以及成膜助剂10-20份；
所述改性海泡石纤维为海泡石纤维负载氧化锌晶须。
涂层在低温下开裂的原因主要有两个方面：一是涂料的低温柔韧性比较差，在低温下，涂层脆性高，会出现过度硬化和脆化的现象，导致其出现裂纹，加上低温下涂层的附着力下降，会出现片状剥落现象；二是因为涂层太厚，导致其表层干燥速度快，而内层却干燥缓慢，因而涂层内部会出现分层现象，当涂层的内聚力不足以抵抗外力破坏力时会出现开裂的现象。
本申请以有机硅改性丙烯酸树脂乳液为基体材料，通过有机硅对丙烯酸树脂进行改性，结合了有机硅树脂的耐候性、疏水性以及不易污染性和丙烯酸树脂的柔韧性、附着性，使得彩涂板不仅具有很好的疏水以及不易沾污性，而且还改善了涂层的低温柔韧性。
本申请以金红石型二氧化钛、陶土、硅藻土作为填料，不仅可以改善涂层的力学性能以及耐寒性，而且还可以提高涂层的净化能力，改善冷库环境。
本申请的涂料中还添加有乙基纤维素和改性海泡石纤维，其可以提高涂层低温柔韧性，改善其在低温下的开裂问题。但是海泡石纤维的导热系数低，当涂层较厚时，涂层内部的干燥速度慢，导致涂层干燥不彻底，易出现开裂的现象。本申请通过将氧化锌晶须负载在海泡石纤维上，利用晶须较好的导热率，与海泡石纤维可以形成导热通路，扩大了单一晶须的导热面积，在干燥时具有较高的传热速率，可以缩短涂层的干燥时间，降低涂层的抗裂现象。同时氧化锌晶须还具有一定的抗静电作用，可以增强净化板的净化作用。
优选的，所述改性海泡石纤维采用如下方法制备：
将锌粉置于双氧水中，经过研磨、静置、干燥后，得到陈化锌粉；
将陈化锌粉与海泡石纤维混合，经过高温气相氧化后，得到海泡石纤维负载氧化锌晶须。
优选的，所述高温气相氧化包括如下步骤：将陈化锌粉与海泡石纤维混合后，将其置于900-950℃的温度中，同时通入氧气和氮气，控制氮气的流量为200-220L/h，氧气的流量为20-30L/min，气体保持压力为0.1-0.2MPa，反应15-25min，得到海泡石纤维负载氧化锌晶须。
通过采用上述技术方案，锌粉经过上述条件下的高温气相氧化，可以在海泡石纤维上生长出更多的四针状氧化锌，而四针状氧化锌晶须相较于颗粒状氧化锌以及单针状氧化锌晶须具有更好的导热率、抗静电性以及抗菌性能。此外，由于本申请的海泡石纤维也属于多孔纤维状材料，除了可以作为负载载体外，还可以作为催化剂，在锌粉经过高温气相氧化生长氧化锌晶须时，海泡石纤维也可以起到很好的催化作用，可以省去额外的催化剂的加入，并且仍然可以获得生长均匀、杂质少的晶须。
优选的，所述海泡石纤维与陈化锌粉在混合前，采用如下处理：将海泡石纤维经过酸液浸渍活化，再经过解束处理，得到解束纤维。
通过采用上述技术方案，海泡石纤维经过酸化处理后，可以去除其表面杂质，并且可以使其内部的孔隙疏通，有利于增大其孔隙结构，而后经过解束处理后，使得海泡石纤维分散，避免团聚，有利于其表面均匀负载氧化锌晶须，也有利于提高其与氧化锌晶须的结合力，以提高其稳定性。
优选的，所述解束处理包括如下步骤：将经过酸液浸渍活化后的海泡石纤维置于水中，超声分散后，得到悬浊液；向悬浊液中加入季铵盐改性剂，在60-70℃的温度下保温搅拌1-2h；然后经过离心、洗涤后，得到解束纤维。
优选的，所述季铵盐改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，纤维解束的方法有多种，例如机械破碎、干法研磨等，但是这种方法可能会导致纤维结构的损伤以及破坏；本申请采用季铵盐作为化学改性剂，可以与酸化后的海泡石表面的Si-OH活性中心反应进行解束，其操作方法简单、易于实现，且不易对纤维结构造成破坏。
优选的，所述硅藻土采用如下方法处理：
将水溶性金属盐溶于水中，加酸调节pH为1-2后，得到酸性金属盐溶液；
将硅藻土与酸性金属盐溶液混合，经过过滤、干燥后，得到预处理硅藻土；
将预处理硅藻土与聚乙烯吡咯烷酮溶液混合均匀，干燥后即可。
硅藻土的主要成分是二氧化硅，具有孔隙度大、吸收性强的优点，可以为涂料提高优异的表面性能，提高其对基材的附着力；并且由于其具有较大的孔体积，可以缩短涂层的干燥时间，降低涂层因内外干燥不一致而导致的开裂问题。
由于硅藻土具有多孔特性，使其具有调节湿度的作用，当室内湿度上升时，硅藻土壁材上的超微细孔可以吸收空气中的水分，将其储存起来，当室内空气中的水分减少时，硅藻土壁材就能将储存在超微细孔中的水分释放出来。由于一般的冷库温度一般为-20℃左右，在这种温度下，硅藻土中所吸收的水分会因形成冰晶而体积增大，当冷库温度不稳定时，或者用于冷链运输时，因反复的升温降温，会出现反复冻融现象，影响涂层的稳定性，导致涂层易出现开裂的现象。通过采用上述技术方案，本申请对硅藻土进行改性处理，使得金属盐负载在硅藻土上，以降低硅藻土内部的凝固点，当其吸收水分时，水分不易凝结形成冰晶，以降低其对涂层造成的破坏，并且负载在硅藻土上的金属盐不会与基板直接接触，可以避免其对基板的腐蚀。
优选的，所述水溶性金属盐为氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾中的一种或多种的组合物。
优选的，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种的组合物。
优选的，所述成膜助剂为丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、十二碳醇酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种的组合物。
优选的，所述涂料采用如下方法制备：将金红石型钛白粉、陶土、硅藻土以及硅烷偶联剂混合研磨后，加入有机硅改性丙烯酸树脂乳液、改性海泡石纤维、乙基纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂以及成膜助剂，搅拌均匀即可。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请以有机硅改性丙烯酸树脂乳液为基体材料，通过填料陶土、硅藻土、改性海泡石纤维和乙基纤维素的配合，使得彩涂板不仅具有很好的疏水、不易沾污性、净化作用，而且涂层具有很好的低温柔韧性，在低温下不易开裂，具有较长的使用寿命。
2、本申请通过将氧化锌晶须负载在海泡石纤维上，利用晶须较好的导热率，与海泡石纤维可以形成导热通路，扩大了单一晶须的导热面积，在干燥时具有较高的传热速率，可以缩短涂层的干燥时间，降低涂层的抗裂现象。同时氧化锌晶须还具有一定的抗静电作用，可以增强净化板的净化作用。
3、本申请通过对硅藻土进行改性处理，使得金属盐负载在硅藻土上，以降低硅藻土内部的凝固点，当其吸收水分时，水分不易凝结形成冰晶，以降低其对涂层造成的破坏，并且负载在硅藻土上的金属盐不会与基板直接接触，可以避免其对基板的腐蚀。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
改性海泡石纤维的制备例
除特别说明外，以下制备例中的原料均可通市售获得。其中，季铵盐改性剂可以为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或两种的组合物，以下制备例均选择十六烷基三甲基溴化铵。
改性海泡石纤维的制备例1
①将锌粉置于0.1wt％的双氧水中，以100r/min的速度研磨30min，然后在室温下静置72h，在120℃的温度下干燥10min后，得到陈化锌粉；
②将陈化锌粉与海泡石纤维按照1:10的重量比混合后，将其置于920℃的温度中，同时通入氧气和氮气，控制氮气的流量为210L/h，氧气的流量为25L/min，气体保持压力为0.15MPa，反应20min，得到海泡石纤维负载氧化锌晶须。
改性海泡石纤维的制备例2
本制备例与改性海泡石纤维的制备例1的不同之处在于，在步骤②中海泡石纤维与陈化锌粉混合前，先将海泡石纤维进行解束处理，解束处理包括如下步骤：
将海泡石纤维置于5wt％的盐酸溶液中浸泡4h，然后将经过酸处理的海泡石纤维用去离子水洗涤至中性后，得到酸活化海泡石纤维；
将酸活化海泡石纤维置于其重量的5倍的水中，超声分散30min后，得到悬浊液；向悬浊液中加入酸活化海泡石纤维重量的0.1％的季铵盐改性剂，在65℃的温度下保温搅拌1.5h；然后经过离心、洗涤后，得到解束纤维。
改性硅藻土的制备例
以下制备例中的水溶性金属盐可以为氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾中的一种或多种的组合，以下制备例均选择氯化钠；聚乙烯吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮k90。
改性硅藻土采用如下方法处理：
①将氯化钠和水，加热搅拌至50℃，配制成氯化钠的饱和溶液；然后加入10wt％的盐酸将其pH调节为1，得到酸性氯化钠溶液；
②向硅藻土中加入其重量的10wt％的酸性氯化钠溶液，在70℃的温度下保温30min后，过滤后，在120℃的温度下干燥4h，得到预处理硅藻土；
③向预处理硅藻土中加入其重量的1％的10wt％的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，以2000r/min的速度搅拌20min后，在80℃的温度下干燥4h后，粉碎过200目筛即可。
实施例
实施例1-3
除特殊说明外，以下实施例中的原料均可通过市售获得。其中，金红石型钛白粉的细度为200目，陶土的细度为200目，硅藻土的细度为200目；有机硅改性丙烯酸树脂乳液购自安徽中恩化工有限公司，型号为DB2105；分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种的组合物，以下实施例均选择六偏磷酸钠；消泡剂为常规有机硅消泡剂；硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550；成膜助剂可以为丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、十二碳醇酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种的组合物，以下实施例均选择十二碳醇酯。
如表1所示，实施例1-3的不同之处在于涂料的原料的用量的不同。以下以实施例1为例进行说明。
实施例1提供的冷链净化用彩涂板的涂料采用如下方法制备：
将金红石型钛白粉、陶土、硅藻土以及硅烷偶联剂混合后，以200r/min的速度研磨20min，加入有机硅改性丙烯酸树脂乳液、改性海泡石纤维、乙基纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂以及成膜助剂，以300r/min的速度搅拌20min，得到涂料；其中，改性海泡石纤维由改性海泡石纤维的制备例1制备而得；
表1实施例1-3的彩涂板用涂料的原料用量表(单位：kg)
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，涂料原料中的改性海泡石纤维由改性海泡石纤维的制备例2制备而得。
实施例5
本实施例与实施例4的不同之处在于，涂料原料中的硅藻土用等量的改性硅藻土的制备例制备的改性硅藻土代替。
对比例
对比例1
一种彩涂板用涂料采用如下方法制备而成：
将25kg金红石型钛白粉、15kg陶土、15kg硅藻土以及0.2kg硅烷偶联剂混合后，以200r/min的速度研磨20min，加入55kg有机硅改性丙烯酸树脂乳液、5kg海泡石纤维、0.5kg四针状氧化锌晶须、2.5kg乙基纤维素、1.5kg分散剂、1.5kg润湿剂、0.8kg消泡剂以及15kg成膜助剂，以300r/min的速度搅拌20min，得到涂料。
其中，海泡石纤维为未经过处理的普通海泡石纤维。
性能检测试验
按照实施例以及对比例的方法制备涂料，采用刷涂的方法，将涂料均匀涂覆在标准的马口铁板的表面，形成厚度为60μm的漆膜，按照如下方法进行各项性能检测，将测试结果记录于表2。
干燥时间：按照GB/T 1728-2020《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》，测定涂料的表干时间和实干时间，干燥温度为80℃。
柔韧性：按照GB/T 1731-2020《漆膜、腻子膜柔韧性测定法》，测定涂料在不同直径的轴棒一起发生变形而不破损的能力，轴棒直径分别为15mm、10mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm，轴棒直径越小，表示涂料的柔韧性越好。
低温冻融柔韧性：将试验品置于冻融循环试验机中，设定冻融循环机的温度为-30℃～25℃，温度变化速率为0.5℃/min，冻融循环50次后；将试样品置于温度23℃，湿度50％的恒温恒湿环境调节30min后，再次进行柔韧性试验。
表2实施例以及对比例的涂料的性能检测表
结合实施例1和对比例1并结合表2可以看出，本申请实施例1的涂料具有更短的干燥时间，尤其是实干时间明显缩短，并且实施例1的涂料的柔韧性以及低温冻融柔韧性明显优于对比例1。这是因为，本申请的涂料中添加有改性海泡石纤维，通过将氧化锌晶须负载在海泡石纤维上可以提高涂层的导热通路，以缩短涂层的干燥时间；同时因为干燥时间的缩短，涂层表面以及内部的干燥时间差缩短，可以降低因内外干燥时间不一致导致的涂层分层现象，有利于提高涂层结构的稳定性并增大涂层的内聚力，使其具有更高的柔韧性以抵抗外界的破坏，从而呈现出更好的抗开裂性能。
结合实施例1和实施例4可以看出，实施例3的涂料具有更短的干燥时间，尤其是实干时间明显缩短，并且实施例3的涂料的低温冻融柔韧性明显优于实施例1。这是因为海泡石纤维经过解束处理后，其纤维丝得以分散，避免了其团聚现象，在负载氧化锌晶须时，氧化锌晶须的分散比较均匀，从而可以改善导热通路，使其具有更好的导热率，以缩短干燥时间。同时因为解束处理后的海泡石纤维在涂料中具有更好的分散性，从而提高明显提高涂层的低温柔韧性。
结合实施例4和实施例5可以看出，实施例5的涂料具有更好的低温冻融柔韧性。这是因为硅藻土经过改性处理后，可以明显提高涂料的抗冻融性能，改善涂层的低温柔韧性。
应用例
一种抗静电彩涂板，采用如下方法加工：
S1、以电镀锌板作为基板，将其分别经过常规脱脂处理和无铬钝化处理后，得到预处理基板；
S2、向预处理基板上涂覆涂料(由实施例5制备而得)，在80℃的温度下，烘烤20min，得到厚度为60μm的涂层；
S3、将S2覆有涂层的钢板置于固化炉中，在220℃的温度下烘烤20s，得到彩涂板。
根据GB/T12754-2019《彩色涂层钢板及钢带》中的要求，对彩涂板的性能进行测试，将测试结果记录于表3。
表3彩涂板的性能检测表
根据表3可知，采用本申请的方法制得的彩涂板，符合GB/T12754-2019的性能要求，本申请的彩涂板具有很好的抗静电以及低温柔韧性的优点，适用于电子、食品、医疗、冷库等领域。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种抗静电彩涂板，包括基板以及涂层，所述涂层由涂料涂覆固化而成，其特征在于，所述涂料包括如下重量份的原料：
有机硅改性丙烯酸树脂乳液50-60份、金红石型二氧化钛20-30份、陶土10-20份、硅藻土10-20份、改性海泡石纤维4-6份、乙基纤维素2-3份、分散剂1-2份、润湿剂1-2份、消泡剂0.5-1份、硅烷偶联剂0.1-0.3份以及成膜助剂10-20份；
所述改性海泡石纤维为海泡石纤维负载氧化锌晶须，制备方法如下：
将锌粉置于双氧水中，经过研磨、静置、干燥后，得到陈化锌粉；
将陈化锌粉与海泡石纤维混合，经过高温气相氧化后，得到海泡石纤维负载氧化锌晶须。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述高温气相氧化包括如下步骤：将陈化锌粉与海泡石纤维混合后，将其置于900-950℃的温度中，同时通入氧气和氮气，控制氮气的流量为200-220L/h，氧气的流量为20-30L/min，气体保持压力为0.1-0.2MPa，反应15-25min，得到海泡石纤维负载氧化锌晶须。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述海泡石纤维与陈化锌粉在混合前，采用如下处理：将海泡石纤维经过酸液浸渍活化，再经过解束处理，得到解束纤维。
4.根据权利要求3所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述解束处理包括如下步骤：将经过酸液浸渍活化后的海泡石纤维置于水中，超声分散后，得到悬浊液；向悬浊液中加入季铵盐改性剂，在60-70℃的温度下保温搅拌1-2h；然后经过离心、洗涤后，得到解束纤维。
5.根据权利要求4所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述季铵盐改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或两种的组合物。
6.根据权利要求1所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述硅藻土采用如下方法处理：
将水溶性金属盐溶于水中，加酸调节pH为1-2后，得到酸性金属盐溶液；
将硅藻土与酸性金属盐溶液混合，经过过滤、干燥后，得到预处理硅藻土；
将预处理硅藻土与聚乙烯吡咯烷酮溶液混合均匀，干燥后即可。
7.根据权利要求6所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述水溶性金属盐为氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾中的一种或多种的组合物。
8.根据权利要求1所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种的组合物。
9.根据权利要求1所述的一种抗静电彩涂板，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、十二碳醇酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种的组合物。
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