一种抗老化纳米水性陶瓷涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种具有抗老化性能的纳米水性陶瓷涂料及其制备方法。


背景技术：

2.陶瓷涂料因其固化后的性能和陶瓷材料相似，所以被称为陶瓷涂料。纳米水性陶瓷涂料基于其优异的综合性能和绿色环保节能的优势，已经广泛地应用于各大工业领域，能够起到较好的保护和装饰效果。有机硅陶瓷涂料是目前常用的一种陶瓷涂料，形成的涂层具有硬度高、耐候性好、安全无毒等优点。然而，传统的有机硅陶瓷涂料在固化和使用过程中由于溶剂蒸发而产生收缩，使涂层表面产生开裂现象。其次，其对基材表面的附着力小，易脱落，涂层在长期使用的过程中也易被环境侵蚀产生老化现象等。


技术实现要素：

3.为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种对基材附着力强、柔韧性好能够形成光滑涂层、具有优异的抗老化性能的纳米水性陶瓷涂料。
4.根据本发明的第一个方面，提供一种抗老化纳米水性陶瓷涂料，由a组分、b组分、c组分组成；按重量份数计算，a组分包括：纳米二氧化硅溶胶5～30份、纳米氧化铝溶胶5～25份、有机硅改性丙烯酸树脂2～5份、防沉剂1～4份；
5.b组分包括：硅氧烷单体10～15份；
6.c组分包括助剂1～3份；
7.助剂由聚醚二元醇和丙二醇组成，按摩尔比计算，聚醚二元醇：丙二醇＝1:2～3.5。
8.优选地，按重量比计算，纳米二氧化硅溶胶和纳米氧化铝溶胶：硅氧烷单体＝1.5～2.5:1。
9.优选地，纳米二氧化硅溶胶和纳米氧化铝溶胶的粒径为5～30nm。
10.优选地，硅氧烷单体选自甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
11.优选地，聚醚二元醇的分子量为400～1000。
12.优选地，防沉剂为无机膨润土。
13.优选地，有机硅改性丙烯酸树脂中含有羟基。
14.优选地，有机硅改性丙烯酸树脂选自有机硅改性丙烯酸羟乙酯、有机硅改性甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一中。
15.优选地，上述抗老化纳米水性陶瓷涂料还包括颜料5～15份；颜料为无机颜料。
16.优选地，上述抗老化纳米水性陶瓷涂料还包括催化剂0.5～5份，催化剂为酸性物质。
17.优选地，催化剂为酸或酸式盐中的至少一种。
18.根据本发明的另一个方面，提供一种抗老化纳米水性陶瓷涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
19.步骤一：将纳米二氧化硅、纳米氧化铝溶胶、有机硅改性丙烯酸树脂、防沉剂混合均匀；
20.步骤二：加入酸性物质，调节ph；
21.步骤三：加入硅氧烷单体和助剂，在25～30℃搅拌的条件下反应7～8h，抗老化纳米水性陶瓷涂料。
22.优选地，在步骤二中，调节ph为3～4。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
24.本发明将具有柔性链段的有机硅改性丙烯酸树脂引入抗老化纳米水性陶瓷涂料中，形成了具有柔性结构的涂层，从而改善了纳米陶瓷涂料的柔韧性，使其在固化之后能够更广泛地适用于不同的基材表面，避免涂层裂纹的产生。
25.另一方面本发明通过在涂料中加入添加剂，该添加剂由一定比例的聚醚二元醇和丙二醇组成一定程度上增加了涂层与基材的附着力，并且聚醚二元醇和有机硅氧烷的水解产物有机硅醇在上也能发生交联，从而提高了涂料柔韧性和成膜性能防止涂层开裂。
26.本发明提供的抗老化陶瓷水性涂料通过采用具有较小粒径的纳米二氧化硅，保证了涂层具有较高的硬度，与有机硅树脂、聚醚二元醇协同提高了涂层的附着力、耐老化、耐磨、成膜性能等。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。
28.实施例1
29.一种抗老化纳米水性陶瓷涂料，按重量份数计算，包括a组分：纳米二氧化硅溶胶5份、纳米氧化铝溶胶5份、有机硅改性丙烯酸羟乙酯3份、钠基膨润土3份；
30.b组分甲基三甲氧基硅烷10份；
31.c组分助剂1份，其中助剂由聚醚二元醇(平均分子量为400)和丙二醇按摩尔比为1:1.5组成。
32.纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为5nm；
33.上述抗老化纳米水性陶瓷涂料的制备方法如下：
34.步骤一：按上述重量份数，将a组分中的5份纳米二氧化硅溶胶、5份纳米氧化铝溶胶、3份有机硅改性丙烯酸树脂、5份钠基膨润土混合均匀；
35.步骤二：滴加催化剂冰醋酸，调节至ph为3；
36.步骤三：加入b组分10份甲基三甲氧基硅烷和c组分1份助剂，在25℃搅拌的条件下反应8h，得抗老化纳米水性陶瓷涂料。
37.实施例2
38.一种抗老化纳米水性陶瓷涂料，按重量份数计算，包括a组分：纳米二氧化硅溶胶
25份、纳米氧化铝溶胶25份、有机硅改性丙烯酸羟乙酯5份、钠基膨润土4份；
39.b组分丙基三甲氧基硅烷15份；
40.c组分助剂3份，其中助剂由聚醚二元醇(平均分子量为1000)和丙二醇按摩尔比为1:3.5组成。
41.纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为30nm；
42.上述抗老化纳米水性陶瓷涂料的制备方法如下：
43.步骤一：按上述重量份数，将a组分中的25份纳米二氧化硅、25份纳米氧化铝溶胶、5份有机硅改性丙烯酸树脂、4份钠基膨润土混合均匀；
44.步骤二：滴加催化剂冰醋酸，调节至ph为3；
45.步骤三：加入b组分15份丙基三甲氧基硅烷和c组分3份助剂，在25℃搅拌的条件下反应8h，得抗老化纳米水性陶瓷涂料。
46.实施例3
47.一种抗老化纳米水性陶瓷涂料，按重量份数计算，包括a组分：纳米二氧化硅溶胶20份、纳米氧化铝溶胶15份、有机硅改性丙烯酸羟乙酯3份、钠基膨润土3份；
48.b组分丙基三甲氧基硅烷12份；
49.c组分助剂2份，其中助剂由聚醚二元醇(平均分子量为600)和丙二醇按摩尔比为1:2.5组成。
50.纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为20nm；
51.上述抗老化纳米水性陶瓷涂料的制备方法如下：
52.步骤一：按上述重量份数，将a组分中的20份纳米二氧化硅、15份纳米氧化铝溶胶、3份有机硅改性丙烯酸树脂、3份钠基膨润土混合均匀；
53.步骤二：滴加催化剂冰醋酸，调节至ph为3；
54.步骤三：加入b组分12份丙基三甲氧基硅烷和c组分2份助剂，在25℃搅拌的条件下反应8h，得抗老化纳米水性陶瓷涂料。
55.对比例1
56.本对比例与实施例1的区别在于，不包含c组分，且在涂料制备的方法中不添加c组分。
57.对比例2
58.本对比例与实施例1的区别在于，c组分中不包含聚醚二元醇。涂料的配方具体为：包括a组分：纳米二氧化硅溶胶5份、纳米氧化铝溶胶5份、有机硅改性丙烯酸羟乙酯3份、钠基膨润土3份；
59.b组分甲基三甲氧基硅烷10份；
60.c组分助剂1份，其中助剂为丙二醇。
61.纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为5nm；
62.涂料的制备方法与实施例1相同。
63.对比例3
64.本对比例与实施例1的区别在于，c组分中不包含丙二醇。涂料的配方具体为：包括a组分：纳米二氧化硅溶胶5份、纳米氧化铝溶胶5份、有机硅改性丙烯酸羟乙酯3份、钠基膨润土3份；
65.b组分甲基三甲氧基硅烷10份；
66.c组分助剂1份，其中助剂为聚醚二元醇(平均分子量为400)。
67.纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为5nm；
68.涂料的制备方法与实施例1相同。
69.对比例4
70.本对比例和实施例1的区别在于，用丙烯酸羟乙酯代替有机硅改性丙烯酸羟乙酯。各组分的含量和涂料的制备方法均与实施例1相同。
71.对比例5
72.本对比例和实施例1的区别在于，聚醚二元醇的分子量为1500，其余各组分的含量和涂料的制备方法均与实施例1相同。
73.对比例6
74.本对比例与实施例1的区别在于纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化铝溶胶的粒径为100nm，其余各组分的含量和涂料的制备方法均与实施例1相同。
75.样板的制备
76.利用压缩空气将实施例1～3和对比例1～5制备得到的涂料喷涂到基材上制得已涂覆的样板，空气压力为0.4～0.6mpa，涂覆基材为马口铁板，将上述制得的样板先防止在40℃的条件下流平干燥15min，之后放入烘箱120℃固化30min。
77.测试例1
78.对实施例1～3和对比例1～5制备得到的涂层进行铅笔硬度测试
79.涂层的硬度按照国家标准gb/t 6739-2006的规定方法进行测定。
80.测试例2
81.对实施例1～3和对比例1～5制备得到的涂层进行附着力测试
82.涂层的附着力按照国家标准gb/t 9286-1998的规定进行测试。
83.测试例3
84.对实施例1～3和对比例1～5制备得到的涂层进行柔韧性测试
85.涂层的柔韧性按照国家标准gb/t 1731-1993的规定进行测试。
86.测试例4
87.对实施例1～3和对比例1～5制备得到的涂层进行抗老化测试
88.涂层的抗老化性能按照国家标准gb/t 14522-2008的规定进行测试。
89.测试例1和测试例3的结果如表1所示。
90.表1涂层的性能测试结果
[0091][0092]
以上测试结果表明本发明提供的抗老化水性纳米陶瓷涂料具有优异的综合性能，在保持较强的铅笔硬度的同时具有良好的附着力和柔韧性，能够在喷涂之后形成较好的类似于陶瓷的性能，起到保护基材的作用，并且其附着力强，在长期使用时不容易脱落。该涂料也具有较好的柔韧性，在喷涂之后随着溶剂的挥发以及在适配于表面状况不同的基材时，能够形成光滑的涂膜而不会产生裂纹。而在不添加本发明提供的聚醚二元醇和丙二醇复合添加剂或者仅仅添加其中一种成分的时候，涂层的附着力、铅笔硬度、柔韧性都有一定程度的劣化。这种结果说明，添加剂中的聚醚二元醇的柔性结构赋予了涂层较好的柔韧性，当不含聚醚二元醇时，涂层的柔韧性下降；并且当其分子量过大时，链较长，能够使据聚硅氧烷形成的网状结构的网状结构变得疏松，虽然涂层的柔韧性较好，但硬度劣化明显，因此聚醚二元醇的分子量大小对涂层综合性能的保持十分重要。并且通过对比例4～6可以看出纳米二氧化硅溶胶和纳米氧化铝溶胶粒径的大小和有机硅改性丙烯酸树脂的添加与其他成分协同作用在使涂层综合性能保持的同时，对改善涂层的硬度也有重要帮助。
[0093]
上述实施例仅例示性的说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉本技术的人员皆可以在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行改变或修饰。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍然应由本发明的权利要求所涵盖。