CN115572504A - 基于液态金属的光学漆、其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涂料技术领域内的基于液态金属的光学漆、其制备方法与用途，以液态金属分散在基体油漆中获得，所述液态金属的体积含量为3%‑30%。制备方法是先将液态金属与树脂、溶剂、助剂按照配比称量，再于混合装置内进行均匀分散，获得水性或溶剂型光学漆。本发明所制备的光学漆，是利用液态金属化学相容性好及在不同温度下具有明暗变化的特性，更容易制备出光学效果好的涂料，且成分及制备过程环保，其应用汽车、家具、建筑墙面的涂装等。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种光学漆、其制备方法与用途。
背景技术
油漆目前种类繁多，按涂膜的外观可分为清漆和色漆，应用领域主要为汽车、建筑、家具领域。供汽车使用的色漆大致分为普通漆、金属漆、珠光漆三类。金属漆是以普通漆为基体，添加金属颜料制备而得。其主要作用，一是让颜色单一的物质变得艳丽多彩；二为保护物质，起抵抗老化与锈蚀等作用。
目前，市场上金属漆价格高，原因之一是其中添加的金属颜料制备困难，控制粒径难度大，能耗及生产成本高。金属颜料常用的有银粉、铝粉等，以片状银粉制备为例，制备方法大致有四种，分别为机械球磨法、模板法、化学还原法、光诱导法。其中，机械球磨法有产品质量不稳定、产品纯度易受影响、难以达到规定的细度且耗能大的缺陷；模板法应用限制较大，适用于制备纳米级银片；化学还原法制备的银粉产量低，分散性能差，成本较高；光诱导法目前只用于小试，还有较多问题，等待进一步改善。
现有技术中，公开了多种低熔点的液态金属，例如CN104032199A，公开的一种低熔点液态金属及其制备方法和应用。其可以用于航天热控、先进能源、信息电子等需降低接触热阻或电阻的导热、导电及散热领域。CN104140786A公开了一种复合相变储热材料，采用镓或镓基合金材料，镓基合金材料含有金、银、铜、铁、镍、钙、锌的纳米颗粒中的一种或多种，其熔点低至80℃以下，其作为储热材料使用，现有技术中，未见将低熔点液态金属制备光学漆的记载。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液态金属的光学漆、其制备方法与用途，该光学漆在低温至高温时，明暗变化明显，具有更为优异的闪光效果。
为此，本发明提供的一种基于液态金属的光学漆，以液态金属分散在基体油漆中获得，所述液态金属的体积含量为3%-30%。
基体油漆可为水性油漆或溶剂型油漆，对应获得的光学漆为水性光学漆或溶剂型光学漆。
进一步地，水性光学漆包括体积分数如下的组分： 3%-30%的液态金属、40%-60%的水性树脂、0.3%-1.3%的润湿分散剂、20%-29%的去离子水、3%-8%的成膜助剂、1%-4%的增稠剂、0.1%-0.5%的pH调节剂和0.1%-1%的消泡剂。其中，所述水性树脂为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性氨基树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂中一种或两种以上混合；所述润湿分散剂为阴离子型润湿分散剂或高分子型超分散剂；所述成膜助剂为醇酯类成膜助剂或醇醚酯类成膜助剂；所述增稠剂为丙烯酸类增稠剂、纤维素类增稠剂和聚氨酯类增稠剂中的一种；所述pH调节剂为AMP-95或RHODOLINE®AN130；所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂或有机硅类消泡剂。
进一步地，溶剂型光学漆包括体积分数如下的组分： 3%-30%的液态金属、40%-67%的油性树脂、3%-15%的分散剂、1.5%-10%的增稠剂、2%-5%的固化剂、0.1%-1.5%的防沉剂、10%-14%的有机溶剂。其中，所述油性树脂为醇酸树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂中一种或两种以上混合；所述分散剂为聚氨酯分散剂；所述增稠剂为纤维素类增稠剂；所述固化剂为改性胺类固化剂；所述防沉剂为聚酰胺蜡浆；所述有机溶剂为醇醚类溶剂。
进一步地，所述液态金属为单质镓、或者为含镓及铟、锡、锌、铋、镉、铅、镝、铝、银、铜、铁、锂、铂、锑、钯、铬、镍中一种或多种元素的合金粒子；其熔点低于100℃，表面有一层氧化层，该氧化层厚度1-3纳米；粒径小于800纳米的金属粒子。
本发明还提供了上述基于液态金属的光学漆的制备方法，包括如下步骤：
S1. 将液态金属与构成基体油漆的原料按体积计量，其中液态金属的体积含量为3%-30%，量取后的物料分别置于不同容器中；
S2. 将物料放入混合装置内进行均匀分散，用筛网过滤后并将其储存于密闭干净容器中，完成光学漆的制备。均匀分散时，可采用机械搅拌或超声分散。
本发明进一步提供了该基于液态金属的光学漆的用途，其用于汽车、家具、建筑墙面的涂装。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明将现有技术中的低熔点合金与基体油漆混合制备光学漆，与传统金属漆中使用的金属颜料相比，本发明使用的液态金属在微氧环境下易氧化，其氧化层的化学相容性好，与涂料基体相容性高，更容易制备性能优良的光学漆。
2、与传统金属漆中使用的金属颜料相比，本发明使用的液态金属具有可形变的特点，液态金属是一种不定形金属，受温度影响较大，在-20℃至80℃内可形变，从低温至高温，液态金属的粘度从2.21 mPa•s逐渐降至1.77 mPa•s，流动性逐渐增加，形态变化也更容易，这一变化过程使得制成的漆膜在明度上随温度变化而变化，明度随温度升高由灰或黑色变亮，反射率从1%变为40%，明暗变化明显，更有层次感。赋予了光学漆漆膜在视觉上比传统金属漆更为优异的闪光效果，可用于汽车、家具、建筑墙面等物体的外表面。
3、与传统金属漆中使用的金属颜料相比，本发明使用的液态金属，其制备方法较为简易，可以采用最常见的物理搅拌方法制备金属粒子，制备方法简单快捷，且对设备及工艺精度的要求极低，制备过程中无有害物质产生，与制备传统金属漆相比，成本也更低更环保。
具体实施方式
本发明可通过下列技术方案，制备基于液态金属的光学漆，实例配方内各组分，以体积分数计。
实施例1-3及对比例1-2，制备水性光学漆实例：
其中所述水性树脂为透明的水性丙烯酸树脂；所述润湿分散剂为阴离子型润湿分散剂；所述成膜助剂为醇酯类助剂；所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂；所述pH调节剂为RHODOLINE®AN130（销售商：广州昊毅新材料股份有限公司）；所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。
制备水性光学漆操作步骤：
1、将除pH调节剂与去离子水外的物料放入容器内，以转速800-1200 r/min，搅拌温度为20-50℃，进行搅拌30-80 min；
2、沿搅拌浆加入去离子水，以便清洗桨上残留物料，继续搅拌5 min待物料充分分散；
3、最后调整转速为300-600 r/min，加入pH调节剂，调节pH至7-8.5范围内，待容器中的物料均匀分散，过滤后装入干净容器即可得到水性光学漆。
上述液态金属为单质镓、或者为含镓及铟、锡、锌、铋、镉、铅、镝、铝、银、铜、铁、锂、铂、锑、钯、铬、镍中一种或多种元素的合金颗粒；其熔点低于100℃；表面有一层氧化层，氧化层厚度2纳米；粒径小于800纳米的金属粒子。
上述水性树脂可以是水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性氨基树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂中一种或两种以上混合而成。所述润湿分散剂可为阴离子型润湿分散剂或高分子型超分散剂；所述成膜助剂可为醇酯类成膜助剂或醇醚酯类成膜助剂；所述增稠剂为可为丙烯酸类增稠剂、纤维素类增稠剂和聚氨酯类增稠剂中的一种；所述pH调节剂可为AMP-95或RHODOLINE®AN130；所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂或有机硅类消泡剂。
实施例4-6及对比例3-4，制备溶剂型光学漆实例：
所述油性树脂为透明的丙烯酸树脂和环氧树脂；所述分散剂为聚氨酯分散剂；所述增稠剂为纤维素类增稠剂；所述固化剂为改性胺类固化剂；所述防沉剂为聚酰胺蜡浆；所述有机溶剂为醇醚类溶剂。
制备溶剂型光学漆操作步骤：
1、将丙烯酸树脂、1/2分散剂、1/2防沉剂、1/2有机溶剂放入容器内，以转速500-800 r/min，搅拌温度为20-50℃，进行搅拌20-30 min；
2、加入液态金属和剩余防沉剂，保持搅拌速度继续搅拌5-10 min；
3、最后加入环氧树脂、固化剂、增稠剂、1/2有机溶剂和剩余分散剂，提升搅拌速度为600-1000 r/min，搅拌10-30min，使其混合均匀，过滤后装入干净容器，得到溶剂型光学漆。
实施例4-6中的醇酸树脂与环氧树脂构成的油性树脂还可以为油性醇酸树脂、油性丙烯酸树脂、油性酚醛树脂、油性环氧树脂中一种或两种以上混合；所述分散剂为聚氨酯分散剂；所述增稠剂为纤维素类增稠剂；所述固化剂为改性胺类固化剂；所述防沉剂为聚酰胺蜡浆；所述有机溶剂为醇醚类溶剂。
性能测试：测试前，涂装好的试样在温度为(23±2)℃相对湿度为(50±5)%条件下调节16 h；透光率、反射波长及明暗变化的测试温度为室温；反射波长及明暗变化测试样品需在-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃、80℃下保温1 h，测试条件、设备及测试标准如下:
测试结果：
从对比例可以看出，添加液态金属粒子少于3%的光学漆，其透明度高，漆膜的视觉效果不够好，色调不够均匀，且柔韧性和附着力不够；添加液态金属粒子大于30%的光学漆，其保存时间不够长，易发生沉淀，影响漆料的涂布均匀性，且柔韧性及附着力差，影响漆膜的使用寿命。
上述反射波长及明暗变化的测试结果为保温20℃下的测试结果，其他温度下保温后的同一样品测试结果都是随着温度的升高，其色由灰或黑色向亮色变化。下表为实施例1-6在不同温度下的明度变化值：
本发明使用的液态金属，表面氧化层与漆料基体具有表面相互作用（锚定作用），化学相容性更好，容易分散均匀，更为容易制备贮存时间长、性能优良、光学效果好的光学漆。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于液态金属的光学漆，其特征在于，以液态金属分散在基体油漆中获得，所述液态金属的体积含量为3%-30%。
2.根据权利要求1所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于，所述基体油漆为水性油漆或溶剂型油漆，对应获得的光学漆为水性光学漆或溶剂型光学漆。
3.根据权利要求2所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于，所述水性光学漆包括体积分数如下的组分： 3%-30%的液态金属、40%-60%的水性树脂、0.3%-1.3%的润湿分散剂、20%-29%的去离子水、3%-8%的成膜助剂、1%-4%的增稠剂、0.1%-0.5%的pH调节剂和0.1%-1%的消泡剂。
4.根据权利要求3所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于，所述水性树脂为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性氨基树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂中一种或两种以上混合；所述润湿分散剂为阴离子型润湿分散剂或高分子型超分散剂；所述成膜助剂为醇酯类成膜助剂或醇醚酯类成膜助剂；所述增稠剂为丙烯酸类增稠剂、纤维素类增稠剂和聚氨酯类增稠剂中的一种；所述pH调节剂为AMP-95或RHODOLINE®AN130；所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂或有机硅类消泡剂。
5.根据权利要求2所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于：所述溶剂型光学漆包括体积分数如下的组分： 3%-30%的液态金属、40%-67%的油性树脂、3%-15%的分散剂、1.5%-10%的增稠剂、2%-5%的固化剂、0.1%-1.5%的防沉剂、10%-14%的有机溶剂。
6.根据权利要求5所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于：所述油性树脂为醇酸树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂中一种或两种以上混合；所述分散剂为聚氨酯分散剂；所述增稠剂为纤维素类增稠剂；所述固化剂为改性胺类固化剂；所述防沉剂为聚酰胺蜡浆；所述有机溶剂为醇醚类溶剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于液态金属的光学漆，其特征在于：所述液态金属为单质镓、或者为含镓及铟、锡、锌、铋、镉、铅、镝、铝、银、铜、铁、锂、铂、锑、钯、铬、镍中一种或多种元素的合金颗粒；其熔点低于100℃；表面有一层氧化层；粒径小于800纳米的金属粒子。
8.一种基于液态金属的光学漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将液态金属与构成基体油漆的原料按体积计量，其中液态金属的体积含量为3%-30%，量取后的物料分别置于不同容器中；
S2. 将物料放入混合装置内进行均匀分散，用筛网过滤后并将其储存于密闭干净容器中，完成光学漆的制备。
9.根据权利要求8所述的一种基于液态金属的光学漆的制备方法，其特征在于，步骤S2均匀分散时采用机械搅拌或超声分散。
10.一种根据权利要求1所述的基于液态金属的光学漆的用途，其特征在于：用于汽车、家具、建筑墙面的涂装。
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