CN116814107A - 一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板及其制备方法，属于热镀锌彩涂板加工技术领域，制备方法包括以下步骤：步骤一，皱纹涂料改性处理：在皱纹涂料中添加质量分数0.5～3％的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀，获得改性皱纹涂料；步骤二，改性皱纹涂料：在已完成底涂的热镀锌板上表面精涂改性皱纹涂料；步骤三，加脉冲磁场烘干固化：将精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，进入感应加热固化炉前、后，在热镀锌板上均施加定向脉冲磁场，改性皱纹涂料固化后，获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。本发明除具有美观性外，其膜层硬度和耐磨性均显著提高，同时还具有良好的抗腐蚀和抗菌性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板及其制备方法，尤其涉及一种利用磁性纳米粒子获得双重纹理结构且具有结构功能一体化提高的皱纹板，属于热镀锌彩涂板加工技术领域。
背景技术
热镀锌彩涂板具有外观亮丽、耐蚀性好、易加工成型、功能实用等一系列优点，广泛应用于建筑、交通运输、家电家具、办公用品等各类领域。近年来，随着人们对生活要求的日益提高，对彩涂板也提出了更高的要求，美观性即是其一。尤其在家电和装饰领域，为了避免一般彩涂板给人冰冷的感觉，皱纹彩涂板应运而生。皱纹彩涂板的制备主要是应用了皱纹涂料，利用皱纹涂料中不同组分的表面干燥速度差异，从而在固化过程中形成凹凸褶皱的皱纹面。当前，人们对皱纹板的研究主要集中于皱纹涂料的成分优化及制备。皱纹涂料通常以环氧树脂和聚酯树脂为基，在其中加入皱纹剂等【申请号201710791126.9】。此外，在皱纹涂料中加入颜料，还可以形成不同颜色的皱纹涂料，如黑色【申请号202210758653.0】、蓝色【申请号201610787602.5】等。
然而，现有技术对皱纹板上皱纹的控制仍相对不足，所获得的皱纹板纹理单一、且均匀性仍有待改善。并且，由于获得的皱纹的尺寸相对较大(毫米级别)，在皱纹的凹陷部位，水分、灰尘、细菌、霉菌等易于聚集，进而对皱纹板的可靠性和持久性产生影响，使得皱纹板发生脱落等提早失效。并且，现有皱纹涂料的研究主要以装饰性和美观性为主，缺乏对其结构特性(如硬度、耐磨性)和功能特性(耐腐蚀性、抗菌能力)的一体化设计。
针对上述问题，本发明从皱纹涂料改性及皱纹板制备工艺优化相结合的角度出发，提出了一种普适于现有皱纹涂料以及现有彩涂板制备工艺设备的热镀锌皱纹板制备方法，该方法可获得具有双重纹理结构的皱纹板，并且兼具美观性、高硬高耐磨、以及抗菌防霉的结构功能一体化优点。
发明内容
针对现有皱纹板技术难以获得结构与功能兼顾的问题，本发明的目的是提供一种利用Fe3O4磁性纳米粒子改性常规皱纹涂料，并利用固化过程中施加脉动磁场，促使Fe3O4磁性纳米粒子在涂层表面的偏聚及影响表层收缩性能，获得具有微米级纹理与亚微米级纹理相结合的双重纹理结构，除具有美观性外，其膜层硬度和耐磨性均显著提高，同时还具有良好的抗腐蚀和抗菌性能。
同时，本发明提供一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板，其膜层硬度和耐磨性均显著提高，同时还具有良好的抗腐蚀和抗菌性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，皱纹涂料改性处理：在皱纹涂料中添加质量分数为0.5～3％的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀，获得改性皱纹涂料；
步骤二，施工改性皱纹涂料：在已完成底涂的热镀锌板上表面施工改性皱纹涂料；
步骤三，加脉冲磁场烘干固化：将施工的热镀锌板通过感应加热固化炉，进入感应加热固化炉前、后，在热镀锌板上均施加定向脉冲磁场，改性皱纹涂料固化后，获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。
本发明中，底涂的是底漆，可以采用常用的环氧底漆、聚酯底漆或聚氨脂底漆。底涂工艺为现有技术，为常规的底涂工艺。
Fe3O4磁性纳米粒子的直径为20～80纳米。
热镀锌板上施工皱纹涂料的厚度为20～40微米。
步骤三中，皱纹固化温度为180～235℃。可根据皱纹涂料的固化温度进行选择。
皱纹涂料为聚氨酯皱纹漆、环氧皱纹漆、丙烯酸皱纹漆、聚氨酯丙烯酸皱纹漆等中的一种。
施工皱纹涂料可以为喷涂、辊涂、淋涂、浸涂等。为常规的施工工艺。
步骤三中，热镀锌板通过感应加热固化炉的行进速度为30～60cm/s。
步骤三中，定向脉冲磁场的磁感应强度为0.2～0.5T，磁场频率为20～40Hz，磁场方向由热镀锌板下表面至上表面，定向脉冲磁场的区域总长度为1米。
皱纹涂料中添加质量分数为0.5～3％的Fe3O4磁性纳米粒子，磁性纳米粒子添加量低于0.5％，二次皱纹基本不会形成；添加量多，纳米粒子的偏聚严重，不易分散，对涂层性能不利。
本发明的制备方法获得的具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板，涂层表层具有微米级一次皱纹和亚微米级二次皱纹的双重纹理结构。
热镀锌皱纹板的硬度至少为4H，磨损率小于5.3×10-3mm3/N·m，抗菌能力大于82％。
皱纹板双重纹理结构的形成机理：由于皱纹涂料中皱纹剂的存在，其在厚度方向上存在固化速度差异，通常上表层先固化形成具有一定张力的表面层，而后随着内层固化和小分子扩散，导致上表层膨胀产生褶皱。本发明中，大尺寸褶皱的形成过程保持不变。然而，由于Fe3O4磁性纳米粒子的添加，施工之后由于涂层尚未固化，此时在进入感应固化炉前就开始施加定向脉冲磁场，Fe3O4磁性纳米粒子会发生由涂层内层逐渐向外层做微量运动，由于涂料具有粘度，因此磁性粒子的运动缓慢，需要脉冲磁场的连续刺激从而发生相对较大的运动轨迹(亚微米至2个微米)，逐步在涂层厚度方向形成Fe3O4磁性纳米粒子的梯度排列，由内至外逐渐增多。当镀锌板经过磁场之后，表层固化已经发生，并且由于Fe3O4磁性纳米粒子的存在提高了表面层的模量，因此其收缩程度有所下降，即形成的一次皱纹长度减小，为1-6个微米范围。此外，纳米磁性粒子由于尺寸小，具有团聚特性，在涂料表层聚集的纳米磁性粒子并非均匀分散，呈现一定程度的偏聚(亚微米尺度)，这就导致一次皱纹形成时，团聚的纳米磁性粒子大部分聚集在皱纹的凹陷处，这些聚集区域也可以看作二次皱纹，而凸起处含有的纳米磁性粒子较小。即在该特定磁场脉冲作用和感应固化作用的协调下，涂层表层形成了“微米级一次皱纹+亚微米级二次皱纹”的双重纹理结构。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)工艺简单，不需要对现有彩涂板生产线进行更改；
(2)适用于现有各类基体的涂料，适应性强；
(3)生产效率高，可实现热镀锌皱纹板的连续生产；
(4)除获得美观的装饰用皱纹板外，磁性纳米粒子作为增强体也可以协同提高皱纹板涂层的硬度和耐磨性，使涂层具有更优的力学性能；
(5)不同于传统皱纹板凹陷处容易聚集水汽和灰尘，本发明涂层凹陷处由于有亚微米级二次纹理的存在，具有疏水特性，液滴在该处难以聚集，提高了涂层的耐候性和耐腐蚀性；此外，由于Fe3O4纳米粒子在光照和磁场作用下具有杀菌功能，因此该皱纹板在室外应用时还可以通过吸收太阳光而具有一定的杀菌防霉效果。
附图说明
图1是本发明制备的双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备过程示意图(展示出磁场、感应炉的位置)；
图2是本发明获得的双重纹理结构的热镀锌皱纹板的表面形貌示意图，其中白色条纹状为一次纹理结构，白色颗粒状聚集的为二次纹理结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例中的树脂皱纹涂料可以为常规市售，或者自制得到，均可以适用于本发明的方法。
下述实施例中的皱纹涂料自制得到，但不仅限于此。
聚氨酯皱纹涂料的A组分为：按重量百分比计：水：8％、丙二醇甲醚6％、颜料(钛白粉)11％、填料(滑石粉)18％、羟基丙烯酸树脂(CX-826)54％、分散剂1.0％；消泡剂(BYK-024)0.2％、增稠剂0.5％、防霉剂0.3％、皱纹助剂1％(DYDL-4610W)；B组分为：100％异氟尔酮二异氰酸酯。将羟基丙烯酸树脂等原料加入到去离子水中，搅拌分散均匀后，加入异氟尔酮二异氰酸酯固化剂((-OH):(-NCO)＝1：1)，搅拌混合均匀后过滤，得到聚氨酯皱纹涂料。
环氧树脂皱纹涂料：按重量成分为：A组分所用原料按重量份计为：E-51环氧树脂40份、丁基缩水甘油醚8份、丙二醇甲醚2份、去离子水30份、滑石粉60份、有机膨润土15份、石英粉5份、钛白粉8份；B组分为：二乙烯三胺15份、分散剂0.1份、消泡剂0.1份、有机硅聚合物HX-11032份。后将A、B两组分按质量比4:1混合制得环氧树脂皱纹涂料。
实施例1
如图1所示一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，在环氧树脂皱纹涂料中添加质量分数为0.5％的直径为20纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其涂覆在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂覆厚度为20微米；最后，将完成涂覆的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉入口前后长度各0.5m范围内施加定向脉冲磁场，磁场方向由镀锌板下表面至上表面，固化炉固化温度为215℃，镀锌板的行进速度为30cm/s，磁场的磁感应强度为0.2T，脉冲磁场的频率为20Hz，定向脉冲磁场的区域总长度为1米，如图2所示，涂料固化后获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板，其中白色条纹状为微米级的一次纹理结构，白色颗粒状聚集的为亚微米级的二次纹理结构。
实施例2
一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，在环氧树脂皱纹涂料中添加质量分数为1％的直径为40纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其精涂在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂敷厚度为30微米；最后，将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉入口前后长度各0.5m范围内施加定向脉冲磁场，磁场方向由镀锌板下表面至上表面，固化炉固化温度为225℃，镀锌板的行进速度为40cm/s，磁场的磁感应强度为0.4T，脉冲磁场的频率为30Hz，涂料固化后获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。
实施例3
一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，在聚氨酯皱纹涂料中添加质量分数为3％的直径为80纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其喷涂在已完成底涂的热镀锌板上表面，喷涂厚度为40微米；最后，将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉入口前、后长度各0.6m、0.4m范围内施加定向脉冲磁场，磁场方向由镀锌板下表面至上表面，固化炉固化温度为235℃，镀锌板的行进速度为60cm/s，磁场的磁感应强度为0.5T，脉冲磁场的频率为40Hz，涂料固化后获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。
实施例4：
一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，在环氧树脂皱纹涂料中添加质量分数为2％的直径为40纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其涂敷在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂敷厚度为30微米；最后，将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉入口前、后长度各0.4m、0.6m范围内施加定向脉冲磁场，磁场方向由镀锌板下表面至上表面，固化炉固化温度为220℃，镀锌板的行进速度为40cm/s，磁场的磁感应强度为0.4T，脉冲磁场的频率为30Hz，涂料固化后获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。
对比例1：
将环氧树脂皱纹涂料精涂在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂敷厚度为30微米；将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉固化温度为220℃，镀锌板的行进速度为40cm/s，涂料固化后获得热镀锌皱纹板。
对比例2：
在环氧树脂皱纹涂料中添加质量分数为2％的直径为40纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其精涂在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂敷厚度为30微米；最后，将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉固化温度为220℃，镀锌板的行进速度为40cm/s，涂料固化后获得热镀锌皱纹板。
对比例3
在常规的环氧树脂涂料(非皱纹漆)中添加质量分数为2％的直径为40纳米的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀；随后将其精涂在已完成底涂的热镀锌板上表面，涂敷厚度为30微米；最后，将完成精涂的热镀锌板通过感应加热固化炉，固化炉入口前、后长度各0.4m、0.6m范围内施加定向脉冲磁场，磁场方向由镀锌板下表面至上表面，固化炉固化温度为220℃，镀锌板的行进速度为40cm/s，磁场的磁感应强度为0.4T，脉冲磁场的频率为30Hz，涂料固化后获得热镀锌板。
若在非皱纹涂料中加入Fe3O4磁性纳米粒子，在感应固化炉前施加定向脉冲磁场，只是纳米粒子的偏聚，无法得到皱纹板。
下表1为实施例1～实施例4与对比例1-对比例3的各项性能数据对比，其中硬度测试采用铅笔法(根据标准GB/T6739-2006)，抗菌性能采用金黄色葡萄球菌(根据标准GB/T21866-2008)进行测试，耐磨性测试采用往复式摩擦磨损试验机，选用直径为6mm的GCr15球作为对模副。
可以看出，本发明实施例4具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板相较于对比例1不含纳米磁性粒子的皱纹板，硬度提升3个等级；其磨损率比对比例1和对比例2分别降低2个数量级和1个数量级，耐磨性成倍增加；相较于含有纳米磁性粒子但未施加磁场的皱纹板，硬度提升2个等级；抗菌能力88％，接近II级，可以适用于有抗菌性能要求的场所，而对比例中的抗菌性均较低，不具有抗菌能力。因此，本发明获得的皱纹板具有高硬度高耐磨的性能，同时具有良好的抗菌能力，具有更长的使用寿命。
表1性能数据表
应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，皱纹涂料改性处理：在皱纹涂料中添加质量分数为0.5～3％的Fe3O4磁性纳米粒子，并混合均匀，获得改性皱纹涂料；
步骤二，施工改性皱纹涂料：在已完成底涂的热镀锌板上表面施工改性皱纹涂料；
步骤三，加脉冲磁场烘干固化：将施工后的热镀锌板通过感应加热固化炉，进入感应加热固化炉前、后，在热镀锌板上均施加定向脉冲磁场，改性皱纹涂料固化后，获得具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Fe3O4磁性纳米粒子的直径为20～80纳米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热镀锌板上制备改性皱纹涂料的厚度为20～40微米。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，固化温度为180～235℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，热镀锌板通过感应加热固化炉的行进速度为30～60cm/s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，定向脉冲磁场的磁感应强度为0.2～0.5T，磁场频率为20～40Hz，磁场方向由热镀锌板下表面至上表面，定向脉冲磁场的区域总长度为1米。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法获得的具有双重纹理结构的热镀锌皱纹板，其特征在于，涂层表层具有微米级一次皱纹和亚微米级二次皱纹的双重纹理结构。
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