CN116445017B - 一种高耐磨硅溶胶涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及硅溶胶涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种高耐磨硅溶胶涂料及其制备方法。一种高耐磨硅溶胶涂料，由包含以下重量份的原料组成：100‑150份改性硅溶胶、30‑60份纯丙烯酸乳液、80‑120份颜填料、80‑110份水、20‑30份其他助剂；改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：改性无机填料的制备：将端环氧基超支化聚酰胺与无机填料按照质量比为（25‑45）:1反应，得到改性无机填料；无机填料为纳米氧化锌、羟基化碳纳米管、纳米二氧化硅、氧化石墨烯中的一种或多种；改性硅溶胶的制备：将硅溶胶和改性无机填料按照质量比为（15‑30）:1反应，得到改性硅溶胶，本申请制得的硅溶胶涂料具有良好的耐磨性能。
Description
技术领域
本申请涉及硅溶胶涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种高耐磨硅溶胶涂料及其制备方法。
背景技术
涂料作为一种材料，属于精细化工产品，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度并连续的涂层，耐磨涂料是一类具有特殊功能的新型功能涂料，具有较好耐磨损性能，耐磨损性能好的涂料能够更好地保护材料表面，提高了材料的使用寿命。例如将抗磨的涂料镀在玻璃和镜片上，玻璃和镜片不易产生划痕，耐磨涂料对现代涂料工业与技术的发展起着重要的推动作用。
在全球现代涂料工业与技术的研究领域中，耐磨功能涂料占25-35％，已成为世界各国新型涂料领域研究发展的重点，也是世界各国现代涂料工业与技术发展中战略竞争的热点。目前虽然研制出多种耐磨涂料，但仍满足不了需求，如何制备一种耐磨性能好的涂料成为亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决涂料耐磨性能不佳的问题，本申请提供一种高耐磨硅溶胶涂料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高耐磨硅溶胶涂料，采用如下的技术方案：
一种高耐磨硅溶胶涂料，由包含以下重量份的原料组成：100-150份改性硅溶胶、30-60份纯丙烯酸乳液、80-120份颜填料、80-110份水、20-30份其他助剂；
所述改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：
改性无机填料的制备：将端环氧基超支化聚酰胺与无机填料按照质量比为(25-45):1反应，得到改性无机填料；无机填料为纳米氧化锌、羟基化碳纳米管、纳米二氧化硅、氧化石墨烯中的一种或多种；
改性硅溶胶的制备：将硅溶胶和改性无机填料按照质量比为(15-30):1反应，得到改性硅溶胶。
通过采用上述技术方案，端环氧基超支化聚酰胺上含有大量环氧基，这些过量的环氧基与无机填料上的活性基团反应，制得接枝有环氧基超支化聚酰胺的改性无机填料，改性无机填料上含有未反应的环氧基，这些环氧基与硅溶胶上的羟基反应，制得无机填料-超支化聚酰胺-硅溶胶三元一体的改性硅溶胶，改性硅溶胶上含有大量的活性氢，一方面能够形成分子内氢键交联，另一方面能够与纯丙烯酸乳液形成分子间氢键交联，使用此涂料涂覆在待施工的物体上，形成的涂层具有稳定的交联网络结构，此外，超支化聚酰胺含有的多个支链与成膜分子(硅溶胶、纯丙烯酸乳液)间充分缠绕，进一步提高了交联结构的稳定性，提高涂层抵御外力的能力，提高涂层的耐磨性；另一方面，使用改性硅溶胶还能够使得无机粒子在涂料体系中均匀分散，并且提高了无机粒子与成膜分子之间的界面连接强度，使得涂层受到外力作用时，能够有效地将载荷转移到机械性能较强的无机粒子上，提高了涂层的耐磨性能，解决了涂料耐磨性能不佳的问题。
优选的，所述改性硅溶胶的重量份为100-120份。
优选的，所述纯丙烯酸乳液的重量份为30-40份。
优选的，所述端环氧基超支化聚酰胺由环氧基酰氯与端氨基超支化聚酰胺按照质量比为1:(5-10)反应制得。
优选的，所述无机填料为纳米氧化锌和/或纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锌和纳米二氧化硅在提高涂料的耐磨性能方面协同增效。
优选的，所述高耐磨硅溶胶涂料的原料中还包含15-25份磷酸钙。
通过采用上述技术方案，磷酸钙与硅溶胶能够反应生成硬度较大的硅酸钙凝胶，这些硅酸钙凝胶在涂料中分布，进一步提高了涂料的耐磨性能。
优选的，所述磷酸钙的粒径为800-2000目。
优选的，所述磷酸钙由800目磷酸钙、1000目磷酸钙和2000目磷酸钙按照质量比为1:(8-10):(3-5)复配制得。
通过采用上述技术方案，采用三种粒径不同的磷酸钙按照上述比例复配，再加入涂料中，能够进一步提高了涂料的耐磨性能。
第二方面，本申请提供一种高耐磨硅溶胶涂料的制备方法，采用如下的技术方案：一种高耐磨硅溶胶涂料的制备方法，包括如下步骤：
将原料混合、分散均匀，得到高耐磨硅溶胶涂料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用改性硅溶胶作为涂料的原料，端环氧基超支化聚酰胺上含有大量环氧基，这些过量的环氧基与无机填料上的活性基团反应，制得接枝有环氧基超支化聚酰胺的改性无机填料，改性无机填料上含有未反应的环氧基，这些环氧基与硅溶胶上的羟基反应，制得无机填料-超支化聚酰胺-硅溶胶三元一体的改性硅溶胶，改性硅溶胶上含有大量的活性氢，一方面能够形成分子内氢键交联，另一方面能够与纯丙烯酸乳液形成分子间氢键交联，使用此涂料涂覆在待施工的物体上，形成的涂层具有稳定的交联网络结构，此外，超支化聚酰胺含有的多个支链与成膜分子(硅溶胶、纯丙烯酸乳液)间充分缠绕，进一步提高了交联结构的稳定性，提高涂层抵御外力的能力，提高涂层的耐磨性；另一方面，使用改性硅溶胶还能够使得无机粒子在涂料体系中均匀分散，并且提高了无机粒子与成膜分子之间的界面连接强度，使得涂层受到外力作用时，能够有效地将载荷转移到机械性能较强的无机粒子上，提高了涂层的耐磨性能，解决了涂料耐磨性能不佳的问题。
2、本申请中优选800目磷酸钙、1000目磷酸钙和2000目磷酸钙按照质量比为1:(8-10):(3-5)复配制得的磷酸钙，将上述磷酸钙加入涂料中能够进一步提高涂料的耐磨性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请做进一步详细说明。
若无特殊说明，以下实施例以及对比例中所用的原料规格详见表1。
表1.原料规格信息
改性无机填料的制备例
改性无机填料，按照如下步骤制得：
将5kg冰醋酸和3kg纯化后的松香混合，加热至115℃，滴加1kg双氧水，升温至130℃，回流2h，用三氯甲烷萃取分液，干燥，得到环氧松香；取2kg环氧松香和3kg甲苯混合，加入2kg草酰氯，升温至60℃，反应3h，旋转蒸除溶剂，得到环氧基酰氯；
取1kg环氧基酰氯和5kg端氨基超支化聚酰胺、500g三乙胺、8kgDMF混合，25℃下反应12h，纯化，得到端环氧基超支化聚酰胺；
取100g无机填料纳米氧化锌加入5kgDMF中，在60℃下超声分散1h、降温至25℃，加入2.5kg的端环氧基超支化聚酰胺、搅拌反应24h，抽滤洗涤至pH为7，真空干燥12h，得到改性无机填料。
制备例B
改性无机填料，与制备例A的区别点在于，环氧基酰氯与端氨基超支化聚酰胺的用量不同，本制备例中环氧基酰氯与端氨基超支化聚酰胺的用量分别为0.55kg和5.45kg。
制备例C
改性无机填料，与制备例A的区别点在于，端环氧基超支化聚酰胺与无机填料的用量不同，本制备例中端环氧基超支化聚酰胺与无机填料的用量分别为2.54kg和60g。
制备例D
改性无机填料，与制备例A的区别点在于，端环氧基超支化聚酰胺与无机填料的用量不同，本制备例中端环氧基超支化聚酰胺与无机填料的用量分别为2.52kg和80g。
制备例E
改性无机填料，与制备例A的区别点在于，无机填料的选择不同，本制备例将纳米氧化锌等质量更换为纳米二氧化硅。
制备例F
改性无机填料，与制备例A的区别点在于，无机填料的选择不同，本制备例将纳米氧化锌更换为50g纳米二氧化硅+50g纳米氧化锌。
改性硅溶胶的制备例
制备例1
改性硅溶胶，按照如下步骤制得：
取15kg硅溶胶、1kg制备例A制得的改性无机填料、1kg水混合，在25℃下搅拌反应48h，制得改性硅溶胶。
制备例2
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，改性无机填料的选择不同，本制备例将制备例A制得的改性无机填料等质量更换为制备例B制得的改性无机填料。
制备例3
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，改性无机填料的选择不同，本制备例将制备例A制得的改性无机填料等质量更换为制备例C制得的改性无机填料。
制备例4
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，改性无机填料的选择不同，本制备例将制备例A制得的改性无机填料等质量更换为制备例D制得的改性无机填料。
制备例5
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，改性无机填料的选择不同，本制备例将制备例A制得的改性无机填料等质量更换为制备例E制得的改性无机填料。
制备例6
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，改性无机填料的选择不同，本制备例将制备例A制得的改性无机填料等质量更换为制备例F制得的改性无机填料。
制备例7
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，硅溶胶和改性无机填料的质量不同，本制备例中硅溶胶和改性无机填料的质量分别为15.5kg和0.5kg。
制备例8
改性硅溶胶，与制备例1的区别点在，硅溶胶和改性无机填料的质量不同，本制备例中硅溶胶和改性无机填料的质量分别为15.24kg和0.76kg。
实施例
实施例1
一种高耐磨硅溶胶涂料，其配方如下：
制备例1制得的改性硅溶胶10kg、纯丙烯酸乳液3kg、颜填料钛白粉8kg、水8kg、其他助剂2kg(其他助剂包括12wt％分散剂、4wt％润湿剂、6wt％消泡剂、12wt％pH稳定剂、20wt％成膜助剂、10wt％增稠剂、36wt％有机硅憎水剂)
一种高耐磨硅溶胶涂料，按照如下步骤制得：
将水、增稠剂、pH稳定剂、消泡剂、分散剂、润湿剂、颜填料钛白粉混合，分散30min，再将余下原料加入，分散20min，得到高耐磨硅溶胶涂料。
实施例2-8
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，改性硅溶胶的来源不同，具体来源如下表2所示：
表2.改性硅溶胶的来源
实施例9-10
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，原料的组成不同，具体组成如下表3所示：
表3.高耐磨硅溶胶涂料的原料组成
实施例11
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，本实施例中新增1.5kg的800目磷酸钙，且磷酸钙和钛白粉共同加入。
实施例12
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，本实施例中新增2.5kg的2000目磷酸钙，且磷酸钙和钛白粉共同加入。
实施例13
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例11的区别点在于，本实施例中将1.5kg的800目磷酸钙更换为0.09kg800目磷酸钙+0.94kg1000目磷酸钙+0.47kg2000目磷酸钙。
实施例14
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例11的区别点在于，本实施例中将1.5kg的800目磷酸钙更换为0.125kg800目磷酸钙+1kg1000目磷酸钙+0.375kg2000目磷酸钙。
对比例
对比例1
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，本对比例中将制备例1制得的改性硅溶胶等质量更换为普通硅溶胶。
对比例2
一种高耐磨硅溶胶涂料，与实施例1的区别点在于，本对比例中将制备例1制得的改性硅溶胶更换为9.375kg普通硅溶胶+0.625kg纳米氧化锌。
检测方法
采用浸涂工艺将实施例1-14和对比例1制得的涂料涂覆到PMMA板材上，提拉速度为60cm/min。将涂覆好的PMMA板悬挂在40℃的烘箱中保温20min，而后再升温到75℃保温2h，最后降温冷却，得到涂层样品；将样品置于放有一定负荷的0000#钢丝绒下，对样品表面进行来回摩擦20次，测量产生10条划痕时的负荷，以此表征涂料的耐磨性，负荷越大表明涂料的耐磨性能越佳，具体检测结果如下表4所示：
表4.高耐磨硅溶胶涂料的性能检测
由表4可以看出，本申请实施例制得的涂料形成的涂层经过来回摩擦20次后，产生10条划痕时的负荷均≥1600g，涂料的耐磨性能较佳。
结合实施例1和对比例1-2并结合表4可以看出，实施例1制得的涂料形成的涂层经过来回摩擦20次后，产生10条划痕时的负荷远大于对比例1-2，这可能是因为：实施例1选用的是制备例1制得的改性硅溶胶，而对比例1和对比例2均采用的是普通硅溶胶。制备例1中的改性硅溶胶按照如下方式制备：将端环氧基超支化聚酰胺与无机填料反应，得到改性无机填料，再使改性无机填料与硅溶胶反应，制得改性硅溶胶。
其中，端环氧基超支化聚酰胺上含有大量环氧基，这些过量的环氧基与无机填料上的活性基团反应，制得接枝有环氧基超支化聚酰胺的改性无机填料，改性无机填料上含有未反应的环氧基，这些环氧基与硅溶胶上的羟基反应，制得无机填料-超支化聚酰胺-硅溶胶三元一体的改性硅溶胶，改性硅溶胶上含有大量的活性氢，一方面能够形成分子内氢键交联，另一方面能够与纯丙烯酸乳液形成分子间氢键交联，使用此涂料涂覆在待施工的物体上，形成的涂层具有稳定的交联网络结构，此外，超支化聚酰胺含有的多个支链与成膜分子(硅溶胶、纯丙烯酸乳液)间充分缠绕，进一步提高了交联结构的稳定性，提高涂层抵御外力的能力，提高涂层的耐磨性；另一方面，使用改性硅溶胶还能够使得无机粒子在涂料体系中均匀分散，并且提高了无机粒子与成膜分子之间的界面连接强度，使得涂层受到外力作用时，能够有效地将载荷转移到机械性能较强的无机粒子上，提高了涂层的耐磨性能，解决了涂料耐磨性能不佳的问题。
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 (7)
1.一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：100-150份改性硅溶胶、30-60份纯丙烯酸乳液、80-120份颜填料、80-110份水、20-30份其他助剂和15-25份磷酸钙；
所述改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：
改性无机填料的制备：将端环氧基超支化聚酰胺与无机填料按照质量比为（25-45）:1在25℃下搅拌反应24h，抽滤洗涤至pH为7、真空干燥12h，得到改性无机填料；无机填料为纳米氧化锌、羟基化碳纳米管、纳米二氧化硅、氧化石墨烯中的一种或多种；所述端环氧基超支化聚酰胺由环氧基酰氯与端氨基超支化聚酰胺按照质量比为1:（5-10）反应制得；所述环氧基酰氯的制备步骤如下：
取2kg环氧松香和3kg甲苯混合，加入2kg草酰氯，升温至60℃，反应3h，旋转蒸除溶剂，得到环氧基酰氯；
改性硅溶胶的制备：将硅溶胶和改性无机填料按照质量比为（15-30）:1在25℃下搅拌反应48h，得到改性硅溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于：所述改性硅溶胶的重量份为100-120份。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于：所述纯丙烯酸乳液的重量份为30-40份。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于：所述无机填料为纳米氧化锌和/或纳米二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于：所述磷酸钙的粒径为800-2000目。
6.根据权利要求5所述的一种高耐磨硅溶胶涂料，其特征在于：所述磷酸钙由800目磷酸钙、1000目磷酸钙和2000目磷酸钙按照质量比为1:（8-10）:（3-5）复配制得。
7.权利要求1-6任一所述的一种高耐磨硅溶胶涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将原料混合、分散均匀，得到高耐磨硅溶胶涂料。
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| CN202310401105.7A CN116445017B (zh) | 2023-04-15 | 2023-04-15 | 一种高耐磨硅溶胶涂料及其制备方法 |
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| CN111961357A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-20 | 北京鸿成科技有限责任公司 | 一种节能环保型无机建筑涂料及其制备方法 |
| CN112176127A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-05 | 陕西科技大学 | 一种超支化环氧聚合物-纳米二氧化硅复合无铬鞣剂及其制备方法 |
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