CN116836591B - 一种高硬度涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及涂料技术领域，具体公开了一种高硬度涂料及其制备方法和应用，其中，一种高硬度涂料包括如下重量份的原料：微发泡聚丙烯复合材料100‑200份，玻璃纤维40‑80份，硅烷偶联剂5‑15份，环氧丙烯酸树脂15‑25份，马来酸酐10‑20份；所述微发泡聚丙烯复合材料为聚丙烯树脂与增强材料复合后微发泡而成；所述增强材料为粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的混合物。本申请通过调节各原料的种类和掺量，制备的涂料涂覆到地板上后，得到的地板的耐磨性最低为0.0102g，铅笔硬度最高为8H，说明本申请涂料具有较低的耐磨性和较高的硬度。

Description

一种高硬度涂料及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种高硬度涂料及其制备方法和应用。

背景技术

地板是家居中不可缺少的材料，主要用于住宅、办公室、商户等房间的装修。市面上的地板种类繁多，可分为实木地板、强化木地板、三层实木地板、竹地板、防腐地板和软木地板以及目前比较流行的多层实木地板等。随着人们对生活质量的不断追求，对木地板的综合性能要求也越来越高，然而目前的木地板硬度较差，易导致地板出现不耐磨和开裂等的现象。

相关技术中，为了提高地板的硬度，会在地板表面涂覆一层含有水性环氧树脂粘结剂的涂料，但涂层附着力较差，易脱落，缺乏耐机械冲击性，容易受硬物冲击而引起表面划痕，难以满足实际使用需要。

发明内容

为了提高地板的硬度，本申请提供了一种高硬度涂料及其制备方法和应用。

第一方面，本申请提供一种高硬度涂料，其采用如下技术方案：

一种高硬度涂料，包括如下重量份的原料：微发泡聚丙烯复合材料100-200份，玻璃纤维40-80份，硅烷偶联剂5-15份，环氧丙烯酸树脂15-25份，马来酸酐10-20份；

所述微发泡聚丙烯复合材料为聚丙烯树脂与增强材料复合后微发泡而成；

所述增强材料为粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的混合物。

本申请的高硬度涂料的原料可选用微发泡聚丙烯复合材料100-200份，玻璃纤维40-80份，硅烷偶联剂5-15份，环氧丙烯酸树脂15-25份，马来酸酐10-20份，原料可选用各自范围内的任一值，且能提高涂料的硬度，进而提高地板硬度。

通过采用上述技术方案，加入微发泡聚丙烯复合材料，聚合物内部具有大量微小泡孔的材料，降低微孔发泡材料的密度，可以起到钝化裂纹尖端的作用，有防潮、减震、耐冲击的特性，与其他增强材料复合后，提升了复合材料的抗冲击性和硬度；玻璃纤维的耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，可与硅烷偶联剂形成偶联，同时，环氧丙烯酸树脂链上的仲羟基可与玻璃纤维浸润和粘结增加粘聚力，而且环氧基可与硅烷偶联剂偶联形成互穿网络，三者共同作用，可以提高涂料柔软性和硬度，再加入马来酸酐，马来酸酐上的活性基团与聚丙烯和环氧基发生反应，促进其和微发泡聚丙烯复合材料的相容性，增加涂料的硬度。

微发泡聚丙烯复合材料中，聚丙烯树脂有着优良的性能，与增强材料复合后可增加其力学性能，二者复合后微发泡能很好的吸收冲击能量，增强复合材料的硬度。增强材料中，加入片状云母粉可与基质聚合物形成牢固的相界面，能增加微发泡聚丙烯复合材料的柔韧性；纳米二氧化硅不仅可与基质聚合物形成均匀的黏聚物，而且纳米二氧化硅自身的刚性硬度还可以提高微发泡聚丙烯复合材料的硬度；粉末橡胶与基质聚合物形成大量低位能，提高了降温起始结晶温度，有效抑制了泡孔生长后期的变形、并泡现象，同时能够阻碍银纹发展成裂纹，钝化裂纹尖端，三者共同作用，使复合材料受到外力作用时，能提高材料抵抗硬物压入表面的能力，提高复合材料硬度。

作为优选：所述玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比为(5-6)：1：(1.8-2)。

通过采用上述技术方案，控制玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比为(5-6)：1：(1.8-2)，可进一步提高涂料的交联密度，从而增加涂料的硬度。

作为优选：所述微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比为(2.5-3)：1。

通过采用上述技术方案，控制微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比为(2.5-3)：1，可进一步提高涂料的硬度。

作为优选：所述微发泡聚丙烯复合材料包括如下重量份原料，复合聚丙烯树脂20-90份，交联剂2-3份，发泡剂0.5-3份，硫酸钙成核剂3-8份，三元乙丙橡胶15-25份，粉末橡胶5-15份，片状云母粉10-25份，纳米二氧化硅5-10份；三羟甲基丙烷10-20份；所述复合聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂与均聚聚丙烯树脂的混合物。

通过采用上述技术方案，加入共聚聚丙烯树脂和均聚聚丙烯树脂作为基质聚合物，发泡剂使基质聚合物熔体强度提高，泡孔数量增多，硫酸钙成核剂诱导成核，可以降低气泡成核临界半径，提高成核速率，增大泡孔密度，改善了复合材料的力学性能、热性能、熔体强度性能；加入交联剂，减少发泡气壁不能承受气体压力而破裂导致气体逸散，发泡质量差的问题，可提高发泡聚丙烯的熔体强度，提高微发泡聚丙烯的发泡质量；三元乙丙橡胶，可使泡沫的凝胶含量增加，泡沫细胞尺寸减小，使泡沫单体尺寸更加均匀；得到的微发泡聚丙烯复合材料的硬度好，稳定性高，进而提高涂料的硬度。

作为优选：所述微发泡聚丙烯复合材料通过如下步骤制备得到：将复合聚丙烯树脂、交联剂，硫酸钙成核剂、三元乙丙橡胶、粉末橡胶、片状云母粉、纳米二氧化硅和三羟甲基丙烷混合；在90-120℃下挤出造粒后，加入发泡剂混合发泡；然后在注塑温度为150-200℃的条件下，注塑成型，得微发泡聚丙烯复合材料。

通过采用上述技术方案，先将复合聚丙烯树脂、交联剂，成核剂、三元乙丙橡胶、粉末橡胶、片状云母粉、纳米二氧化硅和三羟甲基丙烷混合均匀，挤出造粒，加入发泡剂发泡，然后在在注塑温度为150-200℃的条件下，注塑成型。

作为优选：所述粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比为(1-1.5)：(2-3)：1；

所述聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比为(1-1.5)：1。

通过采用上述技术方案，控制粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比为(1-1.5)：(2-3)：1、聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比为(1-1.5)：1，可进一步提高微发泡聚丙烯复合材料的硬度，从而提高涂料的硬度。

作为优选：所述高硬度涂料原料还包括5-10重量份的三苯基甲烷三异氰酸酯和0.5-1重量份的三氯化磷。

通过采用上述技术方案，加入三苯基甲烷三异氰酸酯，可与环氧丙烯酸树脂交联成膜且柔韧性好，不易发脆，加入三氯化磷可以增加交联网络的稳定性，二者共同作用，可保持涂料的长期稳定不变形，提高涂料硬度；从而提高地板硬度。

作为优选：所述三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比为(8-10)：1。

通过采用上述技术方案，控制三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比为(8-10)：1，可进一步提高涂料硬度；从而提高地板硬度。

第二方面，本申请提供一种上述任一项所述的高硬度涂料的制备方法。

一种高硬度涂料的的制备方法，其包括如下操作步骤：

(1)将玻璃纤维加入硅烷偶联剂中，在50-100℃下搅拌，过滤、干燥后，在100-150℃下加热反应，得到改性后的玻璃纤维；

(2)将发泡聚丙烯复合材料和环氧丙烯酸树脂混合后进行超声，然后加入微发泡聚丙烯复合材料和其他原料，再加入改性后的玻璃纤维即得。

第三方面，本申请提供一种上述任一项所述的高硬度涂料在地板中的应用。

通过上述技术方法，将高硬度涂料涂覆在地板表面以提高地板的硬度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

(1)本申请通过调节各原料的种类和掺量，得到的涂料涂覆到地板上后，得到的地板的耐磨性最低为0.0102g，铅笔硬度最高为8H，说明本申请涂料具有较低的耐磨性和较高的硬度。

(2)本申请通过控制玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比，得到的地板的耐磨性为0.0122g，铅笔硬度为3H，提高了地板的硬度，说明本申请涂料的硬度得到提高。

1.本申请通过控制微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比，得到的地板的耐磨性为0.0118g，铅笔硬度为4H，提高了地板的硬度，说明本申请涂料的硬度进一步得到提高。

2.本申请通过在涂料原料中加入三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷，并当控制三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比，得到的地板的耐磨性为0.0112g，铅笔硬度为6H，进一步提高了地板的硬度，说明本申请涂料的硬度进一步得到提高。

3.本申请通过控制粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比，得到的地板的耐磨性为0.0108g，铅笔硬度为7H，进一步提高了地板的硬度，说明本申请涂料的硬度进一步得到提高。

(6)本申请通过控制复合聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比，得到的地板的耐磨性为0.0102g，铅笔硬度为8H，进一步提高了地板的硬度，说明本申请涂料的硬度进一步得到提高。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：

交联剂选用过氧化二异丙苯，有效物质含量98％；纳米二氧化硅，平均粒径200nm；共聚聚丙烯树脂，纯度99.9％；均聚聚丙烯树脂，纯度≥96％；三元乙丙橡胶，有效含量99.9％；粉末橡胶，平均粒径5mm；片状云母粉，粒度325目；三羟甲基丙烷，有效物质含量99.9％，工业级；马来酸酐，有效物质含量99.9％，工业级；环氧丙烯酸树脂，总固含量≥99％，有效成分含量68％；硅烷偶联剂选用KH550，有效成分含量99％；玻璃纤维，拉伸强度40KN-40KNN/m，长宽2×10nm；发泡剂，选用偶氮二甲酰胺，发气量260ml/g，有效物质含量99.9％；硫酸钙成核剂，有效物质含量99％；三苯基甲烷三异氰酸酯，有效物质含量99％；三氯化磷，有效物质含量99％，工业级。

以下为微发泡聚丙烯复合材料的制备例

制备例1

制备例1的微发泡聚丙烯复合材料，通过如下操作步骤制得：

按照表1的掺量，将共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂(复合聚丙烯树脂)、过氧化二异丙苯(交联剂)，硫酸钙成核剂、三元乙丙橡胶、粉末橡胶、片状云母粉、纳米二氧化硅和三羟甲基丙烷混合搅拌1h；在100℃下挤出造粒后，加入偶氮二甲酰胺(发泡剂)混合发泡；然后在注塑温度为180℃的条件下，注塑成型，得到微发泡聚丙烯复合材料。

制备例2-5

制备例2-5的微发泡聚丙烯复合材料的制备方法与制备例1相同，区别在于原料中粉末橡胶、片状云母粉的掺量不同，具体详见表1所示。

表1制备例1-5微发泡聚丙烯复合材料的原料(kg)

制备例6-10

制备例6-10的微发泡聚丙烯复合材料的制备方法与制备例3相同，区别在于原料中复合聚丙烯树脂掺量不同，具体详见表2所示。

表2制备例6-10微发泡聚丙烯复合材料的原料(kg)

实施例1

实施例1的涂料，通过如下制备方法制得：

按照表3的掺量，(1)将玻璃纤维加入硅烷偶联剂中，在75℃下搅拌30min混合均匀，用甲醇过滤、干燥后，在130℃下加热反应1h，得到改性后的玻璃纤维；

(2)将发泡聚丙烯复合材料和环氧丙烯酸树脂混合后进行超声2h，然后加入微发泡聚丙烯复合材料和马来酸酐搅拌均匀后，边搅拌边加入改性后的玻璃纤维使之均匀，即得。其中微发泡聚丙烯复合材料选用制备例1制备的微发泡聚丙烯复合材料。

实施例2-5

实施例2-5的涂料的制备方法与实施例1相同，区别在于原料中玻璃纤维和环氧丙烯酸树脂的掺量不同，具体详见表3所示。

表3实施例1-5涂料的原料(kg)

实施例6-9

实施例6-9的涂料的制备方法与实施例3相同，区别在于原料中微发泡聚丙烯复合材料的掺量不同，具体详见表4所示。

表4实施例6-9涂料的原料(kg)

实施例10

实施例10的涂料的制备方法与实施例7相同，区别在于原料中还加有5.5kg的三苯基甲烷三异氰酸酯和0.72kg的三氯化磷，其余原料和掺量与实施例7相同。

实施例11-14

实施例11-14的涂料的制备方法与实施例10相同，区别在于原料中三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的掺量不同，具体详见表5所示。

表5实施例11-14涂料的原料(kg)

实施例15-23

实施例15-23的涂料的制备方法与实施例12相同，区别在于原料中微发泡聚丙烯复合材料选用制备例2-10制备得到的微发泡聚丙烯复合材料，其余原料和掺量与实施例12相同。

对比例1

对比例1的涂料的制备方法与实施例1相同，区别在于，用聚丙烯树脂等量代替微发泡聚丙烯复合材料，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

对比例2

对比例2的涂料的制备方法与实施例1相同，区别在于，用聚丙烯纤维等量代替玻璃纤维，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

对比例3

对比例3的涂料的制备方法与实施例1相同，区别在于，用环氧树脂等量代替环氧丙烯酸树脂，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

应用例1

应用例1涂料在地板中的应用方法，具体为将实施例1制备的涂料均匀的涂覆于地板上，涂覆厚度约为3mm，在室温下固化7天。

应用例2-23

应用例2-23涂料在地板中的应用方法与应用例1的区别在于，涂料选用实施例2-23得到的涂料，其余操作同应用例1。

应用对比例1-3

应用对比例1-3涂料在地板中的应用方法与应用例1的区别在于，涂料选用对比例1-3得到的涂料，其余操作同应用例1。

性能检测

采用GB/T 22374-2008标准分别对不同的应用例1-23和应用对比例1-3得到的地板进行性能检测，检测结果详见表6所示。

表6不同地板性能检测结果

由表6的检测结果表明，本申请得到的地板的抗磨性最低为0.0102g，铅笔硬度最高8H，提高了地板的硬度。

应用例1-5中，应用例2-4所得到的地板的抗磨性为0.0122-0.0124g，均低于应用例1和应用例5，铅笔硬度为3H，均高于应用例1和应用例5，表明当控制玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比为(5-6)：1：(1.8-2)时，可提高地板的硬度。可能与控制玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比，可提高涂料的交联密度有关。

应用例3和应用例6-9中，应用例6-8所得到的地板的抗磨性为0.0118-0.0120g，均低于应用例3和应用例9，铅笔硬度为4H，均高于应用例3和应用例9，表明当控制微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比为(2.5-3)：1时较为合适，提高了地板的硬度。可能与控制微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比，可提高涂料的硬度有关。

应用例7和应用例10中，应用例10所得到的地板的抗磨性为0.0116g，低于应用例7，铅笔硬度为5H，高于应用例7，表明在涂料原料中加入三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷时较为合适，提高了地板的硬度。可能与加入三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷，可提高涂料的稳定性有关。

应用例10-14中，应用例11-13所得到的地板的耐磨性为0.0112-0.0114g，均低于应用例10和应用例14，铅笔硬度为6H，均高于应用例10和应用例14，表明当控制三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比为(8-10)：1时较为合适，提高了地板的硬度。可能与三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比，可涂料的硬度有关。

应用例12和应用例15-18中，应用例15-17所得到的地板的耐磨性为0.0108-0.0110g，均低于应用例12和应用例18，铅笔硬度为7H，均高于应用例12和应用例18，表明当控制粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比为(1-1.5)：(2-3)：1时较为合适，提高了地板的硬度。可能与控制粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比为(1-1.5)：(2-3)：1，可提高微发泡聚丙烯复合材料的硬度有关。

应用例19-23中，应用例20-22所得到的地板的耐磨性为0.0102-0.0104g，均低于应用例19和应用例23，铅笔硬度为8H，均高于应用例19和应用例23，表明当控制复合聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比为(1-1.5)：1时较为合适，提高了地板的硬度。可能与控制复合聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比，可提高微发泡聚丙烯复合材料的硬度有关。

另外，结合应用对比例1-3和应用例1的各项指标数据发现，本申请在涂覆膜原料中加入微发泡聚丙烯复合材料、玻璃纤维和环氧丙烯酸树脂，均可不同程度提高涂覆膜的硬度。

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)

1.一种高硬度涂料，其特征在于，包括如下重量份的原料：微发泡聚丙烯复合材料100-200份，玻璃纤维40-80份，硅烷偶联剂5-15份，环氧丙烯酸树脂15-25份，马来酸酐10-20份；

所述玻璃纤维、硅烷偶联剂和环氧丙烯酸树脂的重量份配比为（5-6）：1：（1.8-2）；

所述微发泡聚丙烯复合材料包括如下重量份原料，复合聚丙烯树脂20-90份，交联剂2-3份，发泡剂0.5-3份，硫酸钙成核剂3-8份，三元乙丙橡胶15-25份，粉末橡胶5-15份，片状云母粉10-25份，纳米二氧化硅5-10份；三羟甲基丙烷10-20份；所述复合聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂与均聚聚丙烯树脂的混合物；

所述高硬度涂料原料还包括5-10重量份的三苯基甲烷三异氰酸酯和0.5-1重量份的三氯化磷。

2.根据权利要求1所述的高硬度涂料，其特征在于，所述微发泡聚丙烯复合材料与玻璃纤维的重量份配比为（2.5-3）：1。

3.根据权利要求1所述的高硬度涂料，其特征在于，所述微发泡聚丙烯复合材料通过如下步骤制备得到：将复合聚丙烯树脂、交联剂，硫酸钙成核剂、三元乙丙橡胶、粉末橡胶、片状云母粉、纳米二氧化硅和三羟甲基丙烷混合；在90-120℃下挤出造粒后，加入发泡剂混合发泡；然后在注塑温度为150-200℃的条件下，注塑成型，得微发泡聚丙烯复合材料。

4.根据权利要求3所述的高硬度涂料，其特征在于，所述粉末橡胶、片状云母粉和纳米二氧化硅的重量份配比为（1-1.5）：（2-3）：1；

所述复合聚丙烯树脂与增强材料的重量份配比为（1-1.5）：1。

5.根据权利要求1所述的高硬度涂料，其特征在于，所述三苯基甲烷三异氰酸酯和三氯化磷的重量份配比为（8-10）：1。

6.权利要求1-5任一项所述的高硬度涂料的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

（1）将玻璃纤维加入硅烷偶联剂中，在50-100℃下搅拌，过滤、干燥后，在100-150℃下加热反应，得到改性后的玻璃纤维；

（2）将微发泡聚丙烯复合材料和环氧丙烯酸树脂混合后进行超声，然后加入其他原料，再加入改性后的玻璃纤维即得。

7.权利要求1-5任一项所述的高硬度涂料在地板中的应用。