一種耐磨納米涂料及其在箱包表面的應用
【專利摘要】本發明公開了一種耐磨納米涂料，按質量百分比計，納米涂料的組成及含量分別如下：12～18％丙烯酸樹脂、15～20％聚氨酯樹脂、0.2～0.8％成膜助劑、3～5％光引發劑、56～66％有機?無機納米分散液及其單體混合液。所述有機?無機納米分散液及其單體混合液主要由10～20wt％納米顆粒、0.3～0.5wt％分散劑及有機溶劑通過機械法制備而成。所述涂裝工藝主要包括靜電除層、自動定位、自動噴涂、流平、紫外光固化、冷卻及附膜保護。本發明提供的納米涂料具有生產成本低，工藝簡單，便于規模化生產等優勢；該涂料涂裝于硬質箱包表面后，可明顯改善箱包表面的耐磨、耐劃傷性能。
【專利說明】
一種耐磨納米涂料及其在箱包表面的應用
技術領域
[0001] 本發明涉及一種涂料及其應用，更具體地說涉及一種耐磨納米涂料及其在箱包表 面的應用。
【背景技術】
[0002] 隨著納米技術的日益發展，采用剛性納米粒子來提高有機涂層硬度和耐磨性的方 法逐漸受到研究者的青睞。剛性納米顆粒的硬度遠大于聚合物材料，能夠在較大范圍內提 升涂層硬度；而且納米顆粒也有助于改善涂層的某些長效性能（如抗疲勞裂紋擴展能力、 耐蠕變性、耐候性、尺寸穩定性等）；適量的納米顆粒對涂層附著力和柔韌性的影響也較 小，甚至還有采用納米顆粒提高聚合物與基材附著力的報道。因此，有機_無機納米雜化/ 復合技術被認為是調控和改善有機涂層性能的一種新手段。目前在有機-無機納米透明涂 料中使用的剛性納米顆粒以納米二氧化硅、納米氧化鋁為主，這不僅是因為這兩種納米顆 粒結構多樣、來源廣泛、價格低廉、硬度較高，更是因為它們的折光指數與聚合物基體比較 接近，易于實現涂層的高透明度。
[0003] 由于巨大的比表面積和高表面活性，納米顆粒均以微米級團聚體的形式存在。微 米級團聚體會極大地降低涂層的可見光透明度和光澤、升高涂層的霧度。另外，微米級團聚 體在分散液中是不穩定的，長時間放置后團聚體會發生沉淀。因此，如何將納米顆粒均勻、 穩定分散到涂料體系中是納米涂料制備的關鍵科學和技術問題。從現有技術看，納米顆粒 的分散方法主要有溶膠-凝膠法和機械共混法兩種。溶膠-凝膠法目前存在的最大問題在 于凝膠干燥過程中，由于溶劑、小分子、水的揮發可能導致材料收縮脆裂。另外，在前驅物水 解過程中起作用的酸、堿、溶劑還可能對單體固化過程產生影響；且溶膠-凝膠技術一般只 適合于水性涂料、原材料成本高、體系雜質較多、不易工業放大。相對于溶膠_凝膠法而言， 機械分散技術所采用的設備與涂料工業分散設備兼容性好、工藝簡單、可以規模化制備納 米涂料；涂料基體既可以是水性的也可以是有機物；納米涂料的制造成本也低得多。并且 該法還有一個優點就是制備納米顆粒與涂層材料的合成分別進行，可根據需要選擇納米顆 粒的形態、尺寸。
[0004] 高光澤的塑料制品表面（如樹脂眼鏡片、手機鍵盤、筆記本面板、木地板、旅行箱、 汽車罩光漆、飛機座艙蓋等）在使用過程中容易受到刮擦而出現劃痕，這對塑料制品的外 觀、產品的品質甚至使用性能都有負面的影響，因此如何提高這些塑料制品表面的耐刮擦 性和耐磨性成為在實際應用中必須考慮到問題。目前常用的措施是在塑料制品表面涂覆一 層透明、耐磨的涂層以提高其硬度。常用的透明、耐磨涂層包括熱固性的高分子涂層和有機 硅樹脂涂層。高分子涂層（如聚氨酯）雖然可以在一定程度上提高塑料表面硬度，但提高 的幅度有限，在很多情況下不能完全滿足使用需要。有機硅樹脂涂層對塑料表面硬度較高， 但硅樹脂涂層一般較脆、容易開裂，與塑料基底的附著力也很差。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種生產成本較低，生產工藝簡單，便 于規模化生產，且性能優良，適用范圍更廣的耐磨納米涂料，其涂裝于硬質箱包的表面后， 可明顯改善箱包表面的耐磨、耐劃傷性能。
[0006] 本發明解決技術問題所采用的技術方案是：一種耐磨納米涂料，按質量百分比計， 所述納米涂料的組成及含量分別如下：
[0007] 丙烯酸樹脂 12~18% 聚氨酯樹脂 15~20% 成膜助劑 0.2~0.8% 光引發劑 3~5% 有機-無機納米分散液及其單體混合液 56~66%
[0008] 上述各組分之和為100% ;所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液主要由 10~20wt%納米顆粒、0. 3~0. 5wt%分散劑及余量的有機溶劑通過機械分散技術制備而 成；所述的有機溶劑為乙二醇丁醚或乙酸乙酯；所述的納米顆粒為納米氧化硅或納米氧化 鋁；所述納米顆粒的粒徑范圍為1200~1300目；所述的納米顆粒采用氣相法制備得到。
[0009] 作為優選的技術方案，按質量百分比計，所述納米涂料的組成及含量分別如下：
[0010] 丙烯酸樹脂 15% 聚氨酯樹脂 18% 成膜助劑 0.5% 光引發劑 4% 有機-無機納米分散液及其單體混合液 62.5%
[0011] 所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液通過機械法制備而成，所述有 機-無機納米分散液及其單體混合液的制備原料按質量百分比計，包括15%納米顆粒、 〇. 4 %分散劑及84. 5%乙酸乙酯。
[0012] 進一步地，所述有機-無機納米分散液及其單體混合液中，其納米粒子的粒徑為 200nm左右。
[0013] 上述耐磨納米涂料在箱包表面的應用，所述耐磨納米涂料采用全自動噴涂技術， 在箱包表面形成厚度為20~40 y m的濕膜，而后采用紫外光在常溫下固化形成耐磨涂層； 所述涂裝工藝主要包括靜電除層、自動定位、自動噴涂、流平、紫外光固化、冷卻及附膜保 護；所述涂裝工藝的線速為600~800RMP/min。
[0014] 進一步地，所述流平工序的溫度控制在40~55度之間；所述流平工序的時間控制 在3mins左右。
[0015] 進一步地，所述自動噴涂工序的時間控制在35~70s之間。
[0016] 進一步地，所述的紫外光固化工序中采用的紫外光能量為600mJ/cm2。
[0017] 進一步地，所述冷卻工序的時間控制在25~35mins之間。
[0018] 本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明提供的耐磨納米涂料及其制備方 法具有以下幾點優勢：（1)本發明提供的耐磨納米涂料，采用機械分散技術制備，生產成本 較低，生產工藝簡單，便于規模化生產；（2)本發明提供的耐磨納米涂料采用氣相法制備的 納米氧化硅/氧化鋁顆粒作為原料納米顆粒，使制備的納米涂層具有更好的補強效果和耐 刮擦性能；（3)本發明提供的耐磨納米涂料涂裝于硬質箱包表面后，可明顯改善硬質箱包 表面的耐磨、耐劃傷性能，提高箱包表面的光亮度，改善箱包表面存在的毛刺等缺陷，且涂 層與箱包表面具有很好的附著力。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明中納米涂料的制備工藝流程圖。
[0020] 圖2為未添加納米顆粒的涂層經往復式磨損后磨損面形貌圖。
[0021] 圖3為實施例5添加納米顆粒的涂層經往復式磨損后磨損面形貌圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0023] 實施例1
[0024] -種耐磨納米涂料，按質量百分比計，所述納米涂料的組成及含量分別如下：
[0025] 丙烯酸樹脂 18% 聚氨酯樹脂 20% 成膜助劑 0.4% 光引發劑 3.6% 有機-無機納米分散液及其單體混合液 58%
[0026] 所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液通過機械法制備而成，所述有 機-無機納米分散液及其單體混合液的制備原料按質量百分比計，包括15%納米二氧化硅 顆粒、0. 4%分散劑及余量的乙二醇丁醚；所述納米顆粒的粒徑范圍為1200~1300目；所 述的納米顆粒采用氣相法制備得到。
[0027] 上述耐磨納米涂料采用機械分散技術制備，主要步驟如下：步驟一，有機-無機 納米分散液及其單體混合液的制備：在高速剪切設備中，加入15wt%納米二氧化硅顆粒、 0.4wt%分散劑及余量的有機溶劑乙二醇丁醚，開啟高速研磨，研磨速度逐級遞增，分別于 1000RMP、1500RMP及2000RMP下各研磨一次，得到有機-無機納米分散液及其單體混合液； 所述有機-無機納米分散液及其單體混合液中，其納米粒子的粒徑為200nm左右。所述的原 料納米顆粒在使用前預先進行表面改性處理，所述表面改性采用有機硅改性劑。步驟二，耐 磨納米涂料的制備：在攪拌設備中，加入18wt%丙稀酸樹脂、20wt%聚氨酯樹脂、0. 4wt% 成膜助劑、3. 6wt%光引發劑及58wt%有機-無機納米分散液及其單體混合液，常溫下，在 400RMP左右的攪拌速度下持續攪拌4~6mins，得到具有較好均一 ,性和透明度的納米涂料。
[0028] 實施例2
[0029] -種耐磨納米涂料，按質量百分比計，所述納米涂料的組成及含量分別如下：
[0030] 丙烯酸樹脂 15% 聚氨酯樹脂 18% 成膜助劑 0.5% 光引發劑 4% 有機-無機納米分散液及其單體混合液 62.5%
[0031] 所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液通過機械法制備而成，所述有 機-無機納米分散液及其單體混合液的制備原料按質量百分比計，包括15%納米二氧化硅 顆粒、0. 4%分散劑及余量的乙酸乙酯；所述納米顆粒的粒徑范圍為1200~1300目；所述 的納米顆粒采用氣相法制備得到。
[0032] 上述耐磨納米涂料的制備方法同實施例1。
[0033] 實施例3
[0034] 一種耐磨納米涂料，按質量百分比計，所述納米涂料的組成及含量分別如下：
[0035] 丙烯酸樹脂 12% 聚氨酯樹脂 15% 成膜助劑 0.5%
[0036] 光引發劑 4% 有機-無機納米分散液及其單體混合液 65.5%
[0037] 所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液通過機械法制備而成，所述有 機-無機納米分散液及其單體混合液的制備原料按質量百分比計，包括15%納米二氧化硅 顆粒、0. 4%分散劑及余量的乙酸乙酯；所述納米顆粒的粒徑范圍為1200~1300目；所述 的納米顆粒采用氣相法制備得到。
[0038] 上述耐磨納米涂料的制備方法同實施例1。
[0039] 實施例4
[0040] 采用上述實施例1中制備得到的納米涂料，將該涂料涂裝于箱包表面以改善硬質 箱包表面的耐磨、耐劃傷性能。所述耐磨納米涂料的涂裝采用全自動噴涂技術，在硬質箱包 表面形成厚度為20~40 y m的濕膜，而后采用紫外光在常溫下固化形成耐磨涂層；所述涂 裝工藝主要包括靜電除層、自動定位、自動噴涂、流平、紫外光固化、冷卻及附膜保護；所述 涂裝工藝的線速為600~800RMP/min。
[0041] 在本實施例中，所述流平工序的溫度控制在40~55度之間；所述流平工序的時間 控制在3mins左右。所述自動噴涂工序的時間控制在35~70s之間。所述的紫外光固化 工序中采用的紫外光能量為600mJ/cm 2。所述冷卻工序的時間控制在25~35mins之間。
[0042] 實施例5
[0043] 采用上述實施例2中制備得到的納米涂料，將該涂料涂裝于箱包表面以改善硬質 箱包表面的耐磨、耐劃傷性能。所述耐磨納米涂料的涂裝工藝及涂裝條件同實施例4。圖3 為本實施例制備的納米涂料在箱包表面涂裝后形成的涂層經往復式磨損后磨損面形貌圖。
[0044] 實施例6
[0045] 采用上述實施例3中制備得到的納米涂料，將該涂料涂裝于箱包表面以改善硬質 箱包表面的耐磨、耐劃傷性能。所述耐磨納米涂料的涂裝工藝及涂裝條件同實施例4。
[0046] 對比例1
[0047] 將實施例2納米涂料的配方中的有機-無機納米分散液及其單體混合液替換為相 同比例的有機溶劑乙酸乙酯，涂料的制備方法同實施例2。將上述不含納米粒子的聚合物涂 料涂裝于硬質箱包的表面，所述涂裝工藝同實施例5 (不包括紫外光固化工序）。圖2為本 實施例制備的涂料（不含納米顆粒）在箱包表面涂裝后形成的涂層經往復式磨損后磨損面 形貌圖。
[0048] 空白例
[0049] 空白例為空白對照，即箱包表面不涂裝任何涂層。
[0050] 對上述實施例4~6、對比例1中箱包表面的涂層以及空白例進行相應的性能測 試，其結果如下表：
[0052]
[0053] 以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【主權項】
1. 一種耐磨納米涂料，其特征在于：按質量百分比計，所述納米涂料的組成及含量分 別如下：上述各組分之和為100% ;所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液主要由10~ 20wt%納米顆粒、0. 3~0. 5wt%分散劑及余量的有機溶劑通過機械分散技術制備而成；所 述的有機溶劑為乙二醇下酸或乙酸乙醋；所述的納米顆粒為納米氧化娃或納米氧化侶；所 述納米顆粒的粒徑范圍為1200~1300目；所述的納米顆粒采用氣相法制備得到。2. 如權利要求1所述的一種耐磨納米涂料，其特征在于：按質量百分比計，所述納米涂 料的組成及含量分別如下：所述的有機-無機納米分散液及其單體混合液通過機械法制備而成，所述有機-無機 納米分散液及其單體混合液的制備原料按質量百分比計，包括15%納米顆粒、0. 4%分散劑 及84. 5 %乙酸乙醋。3. 如權利要求1所述的一種耐磨納米涂料，其特征在于：所述有機-無機納米分散液 及其單體混合液中，其納米粒子的粒徑為200nm左右。4. 一種如權利要求1至3中任意一項所述的耐磨納米涂料在箱包表面的應用，其特征 在于：所述耐磨納米涂料采用全自動噴涂技術，在箱包表面形成厚度為20~40 y m的濕膜， 而后采用紫外光在常溫下固化形成耐磨涂層；所述涂裝工藝主要包括靜電除層、自動定位、 自動噴涂、流平、紫外光固化、冷卻及附膜保護；所述涂裝工藝的線速為600~800RMP/min。5. 如權利要求4所述的耐磨納米涂料在箱包表面的應用，其特征在于：所述流平工序 的溫度控制在40~55度之間；所述流平工序的時間控制在3mins左右。6. 如權利要求4所述的耐磨納米涂料在箱包表面的應用，其特征在于：所述自動噴涂 工序的時間控制在35~70s之間。7. 如權利要求4所述的耐磨納米涂料在箱包表面的應用，其特征在于：所述的紫外光 固化工序中采用的紫外光能量為600mJ/cm2。8.如權利要求4所述的耐磨納米涂料在箱包表面的應用，其特征在于：所述冷卻工序 的時間控制在25~35mins之間。
【文檔編號】B05D3/00GK106032450SQ201510106487
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月8日
【發明人】田龍, 田修, 倪建友
【申請人】上猶京禾納米科技有限公司