CN1927965A - 热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法 - Google Patents

热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热固型纳米涂料，它是由重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂和填充在该树脂中的重量比为4～30％的颜料粒子以及余量的溶剂构成，该含氟素压克力/硅树脂的结构式如下：其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。该颜料粒子的粒径小于等于191.4纳米。本发明还提供该种热固型纳米涂料的制备方法如下：将重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂、4～30％的颜料粒子依序加于预先装入适量溶剂的反应器，搅拌使其混合均匀以形成一混合物。以及，提供该种热固型纳米涂料的使用方法如下：将上述所得的混合物涂布于一工件表面；及热固化。

Description

热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法
【技术领域】
本发明关于一种涂料系统，尤其关于一种抗污、防水、耐久性好及光泽性高的热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法。
【背景技术】
随着生活水平的提高，人们对居住环境、室内家具如钢琴等的外观装饰的美学要求也越来越高，对于涂料抗污、防水、耐久性及高光泽性等提出了更高的要求，而传统涂料日益无法满足消费者需求。
传统涂料的涂层一般包括底漆及面漆，底漆是整个涂层的开始，直接附着于基底表面，通常用于提供颜色、封固基底、增强面漆与基底的附着力等。面漆一般为透明本色漆或金属闪光漆，其与底漆互相搭配使得整个涂层显出高光泽感。该涂层的制作过程如下：首先对基材表面进行处理，除去表面油污、脱模剂、灰尘、杂物；将底漆搅拌均匀；喷涂；常温下静止晾干10～20分钟；在面漆中加入专用固化剂，与面漆一起搅拌均匀；喷涂；喷涂结束后晾干10～15分钟，放进常温烘箱，升温至50～60度，保温60分钟，便可得到涂层。
但是，该传统涂料抗污、防水能力及耐久性差，在雨水冲刷、灰尘黏附及日光照射等外界环境下，经一段时间后涂层表面会附着污物，并丧失原有的光泽。
有鉴于此，提供一种抗污、防水、耐久性好及光泽性高的热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法实为必需。
【发明内容】
以下，将以实施例说明一种抗污、防水、耐久性好及光泽性高的热固型纳米涂料、其制备方法及使用方法。
为实现上述内容，本发明提供一种热固型纳米涂料，其是由重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂及填充于该树脂中的重量比为4～30％的颜料粒子及余量的溶剂构成，该含氟素压克力/硅树脂的结构式如下：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
该颜料粒子的粒径小于等于191.4纳米。
又，提供一种热固型纳米涂料的制备方法如下：将重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂、4～30％的颜料粒子依序加于预先装入余量溶剂的反应器；搅拌使其混合均匀以形成一混合物。该颜料粒子为粒径小于等于191.4纳米的碳黑粒子。
以及，提供一种热固型纳米涂料的使用方法如下：将上述所得的混合物涂布于一工件表面；及热固化。
与现有技术的传统面漆相比，本发明实施例热固型纳米涂料的涂层可直接固化形成，该涂层含有与树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出涂层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点。
粒径小于等于191.4纳米的颜料粒子与树脂一起固化，使得该涂层表面形成微突起结构。该种结构有利于发生抗污、防水的“莲花效应”。并且，相较于传统涂料，该涂层烘干时间短，干燥快。
所得涂层的机械性质检测及光泽度测试结果说明该涂层达到业界硬度、粘度及光泽度等各项要求。
因此，通过本发明实施例的分子结构设计所得的纳米涂料具有抗污、防水、耐久性好及光泽性高等优点。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例所得纳米涂层的原子力显微镜照片。
图2是本发明第二实施例所得纳米涂层的原子力显微镜照片。
【具体实施方式】
本发明实施例热固型纳米涂料是由重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂及填充于该树脂中的重量比为4～30％的颜料粒子及余量的溶剂构成。该含氟素压克力/硅树脂的结构式(I)如下：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。该结构式中含有氟素。该含氟素压克力/硅树脂是由杜邦、长兴等公司提供。
该颜料粒子是碳黑经高速球磨机所研磨出的纳米粉体，其粒径小于等于191.4纳米。
为了得到较好的涂层外观，本发明实施例中的溶剂为二甲苯(Xylene)、甲苯(Toluene)、1-丁醇(1-Butanol)、丁基醋酸盐(Butyl Acetate)、2-乙氧基醋酸盐(2-Ethoxyethyl Acetate)等的任一种或几种的组合，优选采用二甲苯/甲苯/1-丁醇/丁基醋酸盐/2-乙氧基醋酸盐的体积比为6∶9∶1∶2∶2的混合溶剂。
该热固型纳米涂料是由下述原料制作而成：以重量计，含量为30～60％的含氟素压克力/硅树脂、含量为4～30％的颜料粒子，其余为溶剂。其中，含氟素压克力/硅树脂的含量优选35～50％，颜料粒子的含量优选5～20％。该颜料粒子的粒径小于等于191.4纳米。
本发明实施例涂料的制备方法如下：首先将占整个体系重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂、4～30％的颜料粒子依序添加于预先装入适量所需溶剂的反应器，并维持搅拌状态，使其混合均匀以形成一混合物。该搅拌优选使用搅拌棒搅拌，若溶剂量较多且整个体系量不大时，可以采用电磁搅拌或超声震荡搅拌形式。搅拌时间视体系总量而定，可为几个小时至一天以上。
该制备好的纳米涂料的使用方法如下：首先，将搅拌好的混合物涂布于一工件表面，该涂布优选使用喷涂工艺，此外，还可采用浸涂、刷涂等常规工艺，不同涂布工艺形成的涂层外观可能会存在差异。
然后，热固化，该工艺采用低温处理，优选为60～80℃的温度，时间优选为30～50分钟，可采用送进烘箱或热风处理等方式。经适当时间的烘烤，得到一具有黑色高光泽且抗污、防水的树脂涂层。
在该形成的树脂涂层中，含有的氟素侧链为强极性，因此与所得树脂兼容性不佳，且该氟素的比重相较于所得树脂为低，从而在聚合反应中该氟素侧链从树脂表面浮出，在表层形成针状结构，从而形成一低表面张力的氟系表层。该氟系表层因表面张力低，具有疏水性。
而该粒径小于等于191.4纳米的颜料粒子在热固化后被包覆在所得树脂涂层内并均匀分散。分散在树脂表层的颜料粒子固化后，表现为树脂表面的微突起。
具有该种结构的涂料体系类似于自然现象中发生“莲花效应”的结构特征，具有抗污防水、耐久性好及光泽性高的优点。
本发明热固型纳米涂料的第一实施例为：在含有适量二甲苯/甲苯的混合溶剂的反应器中，依次加入占整个体系重量比为35％的含氟素压克力/硅树脂、8％的粒径为137.0纳米的碳黑粒子，维持搅拌5个小时，使其充分混合均匀形成一混合物。将搅拌好的混合物喷涂于待加工工件表面，而后送入烘箱，在60℃左右进行热固化处理50分钟，得到一纳米涂层A。将所得的纳米涂层A放入原子力显微镜下观察其表面形态，得到如图1所示的原子力显微镜照片。
本发明热固型纳米涂料的第二实施例为：在含有适量二甲苯/甲苯/1-丁醇/丁基醋酸盐/2-乙氧基醋酸盐的体积比为6∶9∶1∶2∶2的混合溶剂的反应器中，依次加入占整个体系重量比为45％的含氟素压克力/硅树脂、5％的粒径为191.4纳米的碳黑粒子，维持搅拌5个小时，使其充分混合均匀。将搅拌好的混合物喷涂于待加工工件表面，而后送入烘箱，在60℃左右进行热固化处理50分钟，得到一纳米涂层B。将所得的纳米涂层B放入原子力显微镜下观察其表面形态，得到如图2所示的原子力显微镜照片。
观察图1、图2所示的原子力显微镜照片，其中浮出的针状结构为氟素侧链从树脂表面浮出所产生，该针状结构下方的微突起即为碳黑纳米粒子固化在树脂涂层所产生。该种结构可产生“莲花效应”，有利于涂料的抗污防水。对比上述图片发现，当碳黑粒子的粒径为137.0纳米时，其利于“莲花效应”的结构特征最为显著，针状结构最为突出，表面的微突起也最明显；当粒径为191.4纳米时，该结构特征不太明显。因此，颜料粒子粒径越小，越有利于发生“莲花效应”，粒径小于等于191.4纳米有利于发生“莲花效应”。也就是说，颜料粒子的粒径对于纳米涂层的抗污防水效果及耐久性具有重要作用。
与现有技术的传统面漆相比，本发明实施例热固型纳米涂料的涂层含有与树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出涂层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点。
粒径小于等于191.4纳米的颜料粒子与树脂一起固化，使得该涂层表面形成微突起结构。该种结构有利于发生抗污、防水的“莲花效应”。并且，相较于传统涂料，该涂层烘干时间短，干燥快。
对所得的涂层进行机械性质检测，测得粘度达5B，硬度达1H，而目前业界标准为粘度5B、硬度1H，达到该标准的涂层不易受损或脱落。同时，本发明实施例所得涂层的光泽度测试结果大于90。对于光泽度计的测试而言，所得数值越高表示越接近镜面效果，根据经验，光泽度至少达80以上才能达到镜面效果。因此，本发明实施例所得的涂层达到业界硬度、粘度及光泽度等各项要求。
因此，通过本发明实施例的分子结构设计所得的纳米涂料具有干燥快、抗污、防水、耐久性好及光泽性高等优点。

Claims (15)

1.一种热固型纳米涂料，其是由重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂及填充在该树脂中的重量比为4～30％的颜料粒子及余量的溶剂构成，该含氟素压克力/硅树脂的结构式如下：
Figure A2005100371370002C1
式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
2.如权利要求1所述的热固型纳米涂料，其特征在于：含氟素压克力/硅树脂的含量为35～50％。
3.如权利要求1所述的热固型纳米涂料，其特征在于：颜料粒子的重量比含量为5～20％。
4.如权利要求1所述的热固型纳米涂料，其特征在于：颜料粒子的材质包括碳黑。
5.如权利要求1所述的热固型纳米涂料，其特征在于：该颜料粒子的粒径小于等于191.4纳米。
6.如权利要求1所述的热固型纳米涂料，其特征在于：该溶剂为二甲苯、甲苯、1-丁醇、丁基醋酸盐、2-乙氧基醋酸盐的任一种或几种的组合。
7.一种热固型纳米涂料的制备方法，其包括如下步骤：
将重量比为30～60％的含氟素压克力/硅树脂、4～30％的颜料粒子依序加于预先装入余量溶剂的反应器；及
搅拌使其混合均匀，形成一混合物。
8.如权利要求7所述的热固型纳米涂料的制备方法，其特征在于：
该颜料粒子包括粒径小于等于191.4纳米的碳黑粒子。
9.如权利要求7所述的热固型纳米涂料的制备方法，其特征在于：
该溶剂为二甲苯、甲苯、1-丁醇、丁基醋酸盐、2-乙氧基醋酸盐的任一种或几种的组合。
10.如权利要求7所述的热固型纳米涂料的制备方法，其特征在于：
该搅拌包括搅拌棒搅拌或超声波震荡搅拌。
11.一种热固型纳米涂料的使用方法，其包括如下步骤：
将如权利要求7所述的混合物涂布于一工件表面；及热固化。
12.如权利要求11所述的热固型纳米涂料的使用方法，其特征在于：该涂布包括喷涂浸涂、刷涂。
13.如权利要求11所述的热固型纳米涂料的使用方法，其特征在于：该热固化温度为60～80℃。
14.如权利要求11所述的热固型纳米涂料的使用方法，其特征在于：该热固化时间为30～50分钟。
15.如权利要求11所述的热固型纳米涂料的使用方法，其特征在于：该热固化包括在烘箱中进行或热风处理。
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