專利名稱：抗劃傷納米水性無機-有機聚合物涂料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及涂料技術領域，特別是涉及一種抗劃傷納米水性無機-有機聚合物涂 料、其制備方法以及應用。
背景技術：
現有陶瓷涂料多為溶劑型，V0C較高，即使有水性無機陶瓷涂料，對基材的前處理 也要求較高，一般必須噴砂處理，而大多數用戶不具備噴砂條件。因此，應市場發展的需求，本發明參考水性無機陶瓷涂料、聚硅氧烷涂料、醇溶無 機富鋅涂料、有機硅樹脂涂料、硅偶聯劑的應用等方面的研究、開發成果，以及無機-有機 雜化方面的科技文章和實驗報告，并結合國家的產業發展政策和涂料行業的發展趨勢，應 用無機化學、高分子化學、無機_有機雜化交聯理論以及元素有機高分子與金屬表面化學 反應等方面的理論知識，指導產品開發試驗工作，對金屬涂料各組分進行深入研究，創新性 地開發出抗劃傷水性無機-有機復雜交聯聚合物金屬涂料新產品，并同時解決了施工方法 問題，開創了新的應用領域。
發明內容
本發明的目的是提供一種抗劃傷水性納米無機_有機聚合物涂料、其制備方法以 及其在金屬上的應用。本發明所述的抗劃傷納米水性無機_有機聚合物涂料包括主劑和輔劑，其中，主 劑包括以下重量份數的各組分a，水性納米聚硅氧烷20 85份；b，顏料潤濕分散劑0. 1 1份；c，顏料0 25份；d，填料0 20份；輔劑包括以下重量份數的各組分e，多烷氧基硅 烷的混合物10-40份；f，催化劑0. 1 2份；g，有機溶劑40 85份；其中所述組分a是以 固含量30%的水性納米聚硅氧烷計。其中，主劑中所述組分a可采用市購濃度的水性納米聚硅氧烷，一般其市售濃度 為20-50% (質量濃度)，優選質量濃度為30%的水性納米聚硅酸進行配料，配料后保證主 劑中a的質量份數為的30 50份，優選為40 50份；主劑中所述組分b可選用本領域常用的顏料潤濕分散劑，優選以下一種顏料潤濕 分散劑byk-190分散劑或六偏磷酸鈉。主劑中所述組分c優選耐高溫顏料，一般要求耐溫200°C，優選耐高溫無機顏料， 如鈦白粉、氧化鐵系列顏料等，最好避免使用耐高溫性能較差的顏料，如有機顏料等，其具 體用量以滿足遮蓋力要求為準，清漆中無須添加顏料。主劑中所述組分d可選用本領域常用的填料，如可采用白炭黑、滑石粉、硫酸鋇、 二氧化硅、氧化鋁等常用填料中的一種或多種，其作用是調整顏料的體積濃度和光澤，用量 不宜過大。輔劑中所述組分e可選用甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基 硅烷、四乙氧基硅烷(又名正硅酸乙酯)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y_(2、3_環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等多烷氧基硅烷中的任意兩種或 兩種以上的任意比例的混合物；
toon] 輔劑中所述組分f 可選用各種有機金屬羧酸鹽，如二月桂酸二丁基錫、辛酸鋅、辛 酸鋯等，優選二月桂酸二丁基錫。輔劑中所述組分g，有機溶劑可選用本領域常用的各種有機溶劑，優選異丙醇和二 氧六環中的一種或兩種，更優選上述兩者任意比例的混合物。本發明所述的抗劃傷納米水性無機_有機聚合物涂料中主劑和輔劑的質量比為 1-3 1。本發明還提供上述抗劃傷納米水性無機_有機聚合物涂料的制備方法。所述制備 方法為1)主劑將主劑中的各組分按配料比混合均勻，高速分散機分散5-30min后，過臥 式砂磨機研磨至細度15 ym以下，然后調整到規定的固體分，過濾、包裝，作為主劑；2)輔劑將組分e、f、g按配料比混合均勻后，過濾、包裝，作為輔劑。本發明還提供所述涂料的應用方法。本發明涂料的應用方法如下在施工前，涂料需經預熟化處理，將主劑與輔劑按規 定配比混合均勻，攪拌下熟化反應5-12h，然后才可以施工；所述施工方法為噴涂，施工粘度要求控制在4#粘度杯14 16S，噴槍口徑1 1. 2mm,噴涂空氣壓力0. 4 0. 5MPa，槍嘴與工件之間距離200 300mm，采用“濕碰濕”噴涂 工藝，即橫噴一道，縱噴一道，再各重復一次，保證每次都在涂料溶劑未完全揮發的狀態下 涂裝，直至達到完全遮蓋基材。實踐證明，本發明的涂料的干膜厚度應控制在20 30 y m, 這樣可得到最佳的漆膜外觀。涂膜過厚易發生起皮、開裂現象。漆膜風干3-lOmin(優選5分鐘)后，進入預烘干區，以5_15°C /min(優選10°C / min)的升溫速率升溫至100°C，將水分烘烤出去，再快速升溫到150 180°C，烘烤10 20min，使涂料組分交聯固化成膜；然后降溫出爐，以保證漆膜完整。本發明的涂料通過水性納米聚硅氧烷與多種可水解的烷氧基硅烷共水解、縮聚， 經高溫固化生成無機_有機雜化交聯網狀高分子聚合體涂膜，形成的漆膜耐高溫，抗劃傷， 可適用于包括鋁合金、鋼鐵的各種金屬表面，如可應用于建筑室內外鋁幕墻板的裝飾涂層， 例如火車站、機場、地鐵站扶梯側壁的裝飾鋁板，以及公共建筑內對抗劃傷要求較高的場 所，例如大廳、走廊、立柱等部位；也適用于高速鐵路客車、城鐵、地鐵車輛內部裝飾板的 抗劃、防火涂層；還可用于(拉絲)不銹鋼表面的清漆保護，增強硬度和抗劃傷性。本發明涂料對金屬基層表面處理有一定的要求對鋁合金基材可采用30目的氧 化鋁磨料噴砂處理方法，或采用600#砂紙機械打磨，或通過酸洗-無鉻鋁磷化處理劑取代 鉻化處理，使金屬表面粗糙度達到20 ym左右，然后除掉表面粉塵顆粒；因鋁板材質較軟， 大工件噴砂容易變形，因此對大工件鋁材采用機械打磨或磷化處理方式進行處理。對鋼鐵表面需經過脫脂、磷化處理，使表面粗糙度達到20i!m左右，并在24h之內 噴涂涂料；對不銹鋼基材，需經脫脂、酸洗、中和、水洗、烘干或采用機械打磨后，使表面粗糙 度達到20 ii m左右，噴涂涂料。本發明涂料屬環保型水性納米多功能涂料，不含甲醛、重金屬、異氰酸酯、苯類溶 劑等有毒有害物質，通過水性納米聚硅氧烷與多種可水解的烷氧基硅烷共水解、縮聚，經高
4溫固化生成無機_有機雜化交聯網狀高分子聚合體涂膜，可適用于各種金屬表面，納米級 聚硅氧烷分子結構對金屬表面有很強的附著力、抗紫外老化性、耐熱性，耐高溫可達400°C， 硬度高達5H，耐化學腐蝕性好；烷基硅烷結構提供優良的抗劃傷性、耐水性、抗沾污性和滑 爽性；且烘烤溫度較低，在130 180°C烘干時間20 30min即可，節能效益好，產品性能 突出，施工方法考究，是一種環保、節能、高性能水性涂料新品種，產品應用前景廣闊。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。實施例1適用于鋁幕墻板的白色烘烤涂料是由以下兩部分物料組成的；主劑由a，50份的 30% (質量百分比)水性納米聚硅氧烷，b，0. 1份顏料潤濕分散劑-六偏磷酸鈉，c，顏料， 20份金紅石鈦白粉、0. 5份超細氧化鐵黃，d，填料，4份的超細沉淀硫酸鋇、1份的超細二氧 化硅粉、0.8份的氧化鋁粉。輔劑由e，10份甲基三乙氧基硅烷、5份苯基三乙氧基硅烷、6份Y _甲基丙烯酰氧 基丙基三甲氧基硅烷的混合物，f，催化劑，0.2份的二月桂酸二丁基錫，g，溶劑，79份的異 丙醇與二氧六環(1比1)的混合溶劑組成。主劑與輔劑的配料比為2. 5 1(質量比)。涂料制備工藝1.研磨色漿取主劑中部分a料(約60% )，加入b料、c料、d料， 高速攪拌予分散lOmin，過臥式砂磨機研磨至細度小于15 y m ；2.調漆配色將研磨好的上述色漿備入調漆罐，補齊剩余的a料，用進口水性通用 色漿調好顏色，用120目篩網過濾后裝桶，制得主劑；3.配制輔劑將e料、f料、g料混合攪拌均勻，過200目絹網后，將輔劑裝入小口
塑料桶。涂料的施工1.配料預熟化將主劑與輔劑按規定配比混合好，在快速攪拌下，混 合熟化反應18h ；2.涂裝被涂基材鋁板需先進行噴砂或機械打磨處理，使表面粗糙度達到20 u m, 然后噴涂施工，將熟化好的涂料用水或乙醇/水為1 1的混合物，將涂料稀釋至噴涂粘 度，4#杯14 16S，采用“濕碰濕”噴涂工藝，第一道噴完，間隔2min，噴涂第二道。控制干 膜厚度為20 30iim，噴完風干5min，進入烘道，在100°C前預烘lOmin，然后快速升溫至 160°C，保持15min，降溫出爐，逐漸冷卻到室溫。該涂層鋁板可用于地鐵站內扶梯側壁護板、隔離板、立柱護板等部位。涂膜附著力 1級，鉛筆硬度5H，無劃痕。實施例2.適用于鋁幕墻板的淡黃色烘烤涂料是由以下兩部分物料組成的；主劑由a，50質 量份的30% (質量百分比)水性納米聚硅氧烷，b，0. 1質量份顏料潤濕分散劑BYK-190， c，顏料，18質量份金紅石鈦白粉、2質量份超細氧化鐵黃，d，填料，4質量份的超細沉淀硫酸 鋇、0. 6質量份的超細二氧化硅粉、1質量份的氧化鋁粉；輔劑由e，甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲 氧基硅烷各7質量份的混合物，f，催化劑，0. 01質量份的二月桂酸二丁基錫，g，溶劑，50質 量份的異丙醇與二氧六環(質量比1 1)的混合溶劑組成。
主劑與輔劑的配料比為2 1(質量比)。按照實施例1的方法進行涂料的制備和涂裝(混合熟化反應10h)，涂裝后的涂膜 附著力1級，鉛筆硬度5H，無劃痕。實施例3.適用于鋼板的耐高溫黑色烘烤涂料是由以下兩部分物料組成的；主劑中由a，60 份的30% (質量百分比)水性納米聚硅氧烷，b，0. 1份顏料潤濕分散劑BYK-190，c，顏料， 10份氧化鐵黑，d，填料，5份的超細二氧化硅粉、5份的氧化鋁粉。輔劑由e，10份甲基三乙氧基硅烷、3份正硅酸乙酯、7份、-甲基丙烯酰氧基丙基 三甲氧基硅烷的混合物，f，催化劑，0.1份二月桂酸二丁基錫，g，有機溶劑，80份的異丙醇 與二氧六環(1比1)的混合溶劑組成。主劑與輔劑的配料比為2 1(質量比)。涂料制備工藝(與實施例1相同)涂料的施工1.配料預熟化將主劑與輔劑按規定配比混合好，在快速攪拌下，混 合熟化反應16h。2.涂裝被涂基材鋼板需經脫脂、酸洗、磷化處理后，使表面粗糙度達到30i!m，然 后噴涂施工，將熟化好的涂料用水或乙醇/水為1 1的混合物，將涂料稀釋至噴涂粘度， 4#杯16 18S，采用“濕碰濕”噴涂工藝，第一道噴完，間隔2min，噴涂第二道。控制干膜厚 度為30 40 ii m,噴完風干5min，進入烘道，在100°C前予烘lOmin，然后快速升溫至200°C， 保持15min，降溫出爐，逐漸冷卻到室溫。該涂料可耐溫300°C，適用于燃氣灶具、抽油煙機、燒烤爐外殼等黑色家電產品。涂 膜附著力1級，鉛筆硬度6H，無劃痕。實施例4適用于鋼板的黑色耐高溫烘烤涂料是由以下兩部分物料組成的；主劑中由a，20 質量份的水性納米聚硅氧烷，b，0.5質量份顏料潤濕分散劑BYK-190，c，顏料，15質量份氧 化銅，d，填料，12質量份的超細二氧化硅粉、6質量份的氧化鋁粉。輔料由e，甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、、-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷各7質量份的混合物，f，催化劑，0. 02質量份的二月桂酸二丁基錫，g，溶劑，40質量份的 異丙醇與二氧六環(質量比1 1)的混合溶劑組成。主劑與輔劑的配料比為3 1(質量比)。按照實施例3的方法進行涂料的制備和涂裝(混合熟化反應5h)，涂裝后的涂膜附 著力1級，鉛筆硬度5H，無劃痕。實施例5.可用于不銹鋼薄板的抗劃傷透明烘烤清漆是由以下兩部分物料組成的；主劑中由 a，85份的水性納米聚硅氧烷，b，0. 1份顏料潤濕分散劑六偏磷酸鈉，d，填料，3份沉淀法白 炭黑、2份的氧化鋁粉。輔劑由e，10份Y-(2.3_環氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷、5份二甲基二乙氧基硅 烷、5份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，f，催化劑，0. 1份的二月桂酸二丁 基錫，g，有機溶劑，80份的異丙醇與二氧六環(1比1)的混合溶劑組成。主劑與輔劑的配料比為1.5 1 (質量比)。涂料制備工藝(與實施例1相同)
6
涂料的施工1.配料預熟化將主劑與輔劑按規定配比混合好，在快速攪拌下，混 合熟化反應10h。2.涂裝被涂基材不銹鋼板需經脫脂、酸洗處理，也可采取拉絲工藝或手工打磨 處理，然后噴涂施工，將熟化好的涂料用水或乙醇/水為1 1的混合物，將涂料稀釋至噴 涂粘度，4#杯14 16S，采用“濕碰濕”噴涂工藝，第一道噴完，間隔2，噴涂第二道。控制 干膜厚度為15 25 y m,噴完風干5min，進入烘道，在100°C前予烘lOmin，然后快速升溫至 150°C，保持15min，降溫出爐，逐漸冷卻到室溫。該涂料適用于拉絲工藝成型的不銹鋼產品的抗劃傷、防水裝飾保護涂層，例如，洗 衣機、電冰箱、電烤爐、微波爐、冰柜，以及地鐵客車內部裝飾板和車門等產品的裝飾保護。 涂膜附著力1級，鉛筆硬度5H，無劃痕。實施例6.可用于不銹鋼薄板的抗劃傷透明黃烘烤清漆是由以下兩部分物料組成的；主劑中 由a，50質量份的水性納米聚硅氧烷，b，0. 6質量份顏料潤濕分散劑六偏磷酸鈉，c，2份超細
氧化鐵黃。輔劑由e，Y _(2. 3-環氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷2質量份、二甲基二乙氧基硅 烷4質量份、y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷7質量份的混合物，f，催化劑，0. 1質量 份的二月桂酸二丁基錫，g，有機溶劑，40質量份的異丙醇與二氧六環的混合溶劑組成。主劑與輔劑的配料比為1.3 1 (質量比)。按照實施例5的方法進行涂料的制備和涂裝(混合熟化反應8h)，涂裝后的涂膜附 著力1級，鉛筆硬度5H，無劃痕。因篇幅有限，僅舉以上6個實施例，但本領域技術人員可以理解，在不偏離本發明 精神基礎之上所做的任何改進和變更，均屬于本發明要求保護的范圍。
權利要求
一種抗劃傷水性納米無機-有機聚合物涂料，包括主劑和輔劑，其中，主劑包括以下重量份數的各組分a，水性納米聚硅氧烷20～85份；b，顏料潤濕分散劑0.1～1份；c，顏料0～25份；d，填料0～20份；輔劑包括以下重量份數的各組分e，多烷氧基硅烷的混合物10-40份；f，催化劑0.1～2份；g，有機溶劑40～85份；其中所述組分a是以固含量30％的水性納米聚硅氧烷計。
2.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，主劑中組分a重量份數為30 50份；優選 為40 50份。
3.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述組分b選自以下一種顏料潤濕分散劑 byk-190分散劑或六偏磷酸鈉。
4.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述組分c為耐高溫顏料，優選包括鈦白粉、 氧化鐵系列顏料的耐高溫無機顏料。
5.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述組分d選自白炭黑、硫酸鋇、二氧化硅、 氧化鋁中的一種或多種。
6.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述組分e可選用甲基三乙氧基硅烷、苯基 三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、 Y-(2、3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等多烷氧基硅烷中的任意 兩種或兩種以上的任意比例的混合物。
7.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述組分f 選自有機金屬羧酸鹽，優選二月 桂酸二丁基錫、辛酸鋅、辛酸鋯中的一種或多種，更優選二月桂酸二丁基錫。
8.如權利要求1所述的涂料，其特征在于，所述的抗劃傷納米水性無機_有機聚合物涂 料中主劑和輔劑的質量比為1-3 1。
9.如權利要求1-8任一所述的涂料的應用，其特征在于，用于金屬表面。
10.如權利要求9所述的應用，其特征在于，應用方法如下在施工前，涂料需經預熟化 處理，將主劑與輔劑按規定配比混合均勻，攪拌下熟化反應5-18h，然后施工；所述施工方法為噴涂，施工粘度要求控制在4#粘度杯14 16S，噴槍口徑1 1. 2mm, 噴涂空氣壓力0. 4 0. 5MPa，槍嘴與工件之間距離200 300mm，采用“濕碰濕”噴涂工藝， 使干膜厚度為20 30 y m ；漆膜風干3-lOmin后，以5-15°C /min的升溫速率升溫至100°C，將水分烘烤出去，再快 速升溫到150 180°C，烘烤10 20min，使涂料組分交聯固化成膜；然后降溫出爐。
全文摘要
本發明涉及一種抗劃傷水性納米無機-有機聚合物涂料、其制備方法及其應用。本發明的涂料包括主劑和輔劑，其中，主劑包括水性納米聚硅氧烷，顏料潤濕分散劑，顏料和填料；輔劑包括多烷氧基硅烷的混合物和催化劑。本發明的涂料以納米聚硅氧烷為主要成膜物，在施工之前，將主劑和輔劑按比例混合均勻，熟化5～18小時，使水性納米聚硅氧烷與多種可水解的烷氧基硅烷共水解、縮聚，經高溫烘烤固化生成無機-有機雜化交聯網狀高分子聚合體涂膜。與現有技術相比，制備方法獨特，產品性能突出，施工方法考究，是一種環保、節能、高性能水性金屬保護涂料新品種，產品應用前景廣闊。
文檔編號C09D7/12GK101857772SQ201010215868
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者王超, 郭祥恩, 黃之祥 申請人:北京紅獅漆業有限公司