CN101722138B

CN101722138B - 一种镜面不锈钢的制备方法

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Publication number: CN101722138B
Application number: CN 200810216784
Authority: CN
Inventors: 吴平; 戚仁宏; 胡文; 杨柱
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: CN101722138A

Abstract

本发明提供了一种镜面不锈钢的制备方法，包含脱脂、形成PU涂层、UV涂层以及涂覆耐指纹涂料四个步骤。本发明所提供的方法，在不锈钢板表面形成硬度较低的聚氨酯涂层，增强了不锈钢板表面与聚氨酯涂层以及聚氨酯涂层与紫外光固化涂层之间的附着力；同时聚氨酯涂层表面形成高硬度的紫外光固化涂层，提高了涂层的硬度和耐磨性。

Description

一种镜面不锈钢的制备方法

【技术领域】

本发明属于不锈钢领域，具体涉及一种镜面不锈钢的制备方法。

【背景技术】

不锈钢是一种银白色具有优异的耐蚀性、耐磨性、韧性及工艺性的合金钢，其优良的力学性能、较好的化学稳定性及无度等特性使其广泛地应用于宇航、海洋、建筑、家用器具、汽车工业和IT行业。它精美的自然表面可以提供美感和清洁感。但不绣钢材料在使用过程中，容易发生腐蚀污染，因此生产商需要对其表面进行防指纹处理，其中采用耐指纹涂料是最主要手段。

目前市场上的耐指纹涂料主要为有机硅、有机氟涂料，具有良好的防指纹污染效果，但由于表面能极低，所以在材料表面难以附着，在施工前需要对材料表面进行喷砂、拉丝等粗化处理；另外，这类涂料为有机树脂体系，施工时排放出大量挥发性有机物，施工后耐磨性差，使得应用范围受到极大限制。

为了使耐指纹涂料在不锈钢板上良好附着，现有技术中一般采用将耐指纹涂料分散在其它有机涂料中，再涂覆在不锈钢板表面，从而提高不锈钢板的耐指纹能力。但是，当耐指纹涂料与不锈钢板附着良好时，不锈钢表面的硬度和耐磨性又大大降低。

【发明内容】

本发明针对上述不锈钢表面硬度、耐磨性与耐指纹涂料的附着力存在矛盾的缺陷，提供了一种高硬度、高耐磨性、耐指纹涂料强附着的镜面不锈钢的制备方法，主要包含以下步骤：

(a)脱脂：用脱脂液清洗不锈钢板；

(b)聚氨酯涂层：在经过脱脂的不锈钢板表面涂覆一层聚氨酯漆，固化形成聚氨酯涂层；

(c)紫外光固化涂层：在不锈钢板的聚氨酯涂层表面再涂覆一层紫外光固化涂料，固化形成紫外光固化涂层；

(d)涂覆耐指纹涂料。

本发明所提供的一种镜面不锈钢的制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)通过在不锈钢板表面形成聚氨酯涂层，提高不锈钢板表面与聚氨酯涂层以及聚氨酯涂层与紫外光固化涂层之间的附着力；

(2)通过在聚氨酯涂层表面形成高硬度的紫外光固化涂层，提高了涂层的硬度和耐磨性。

【具体实施方式】

本发明提供了一种镜面不锈钢的制备方法，主要包含以下步骤：

(a)脱脂：用脱脂液清洗不锈钢板；

(d)涂覆耐指纹涂料。

根据本发明所提供的方法，所述脱脂为采用脱脂液清洗不锈钢板表面，目的是除去不锈钢表面的油脂及其氧化物。所述脱脂液为本领域技术人员所公知的各种脱脂液，本发明没有特殊要求。优选情况下，本发明中所述脱脂工序为：将不锈钢板浸泡至含有NaOH 1mol.L^-1、Na₂CO₃ 1mol.L^-1、十二烷基磺酸钠0.1mol.L^-1的溶液中5～10min，溶液温度为50～60℃。取出后用水清洗，浸泡至1mol.L^-1的磷酸溶液中5～10min，然后取出用水清洗。

在不锈钢板和耐指纹涂料之间形成有机涂层，可以有效增加耐指纹涂料与不锈钢板之间的附着力，本发明的设计人通过大量实验得出，采用本发明所提供的聚氨酯涂层与紫外光固化涂层，可以同时解决耐指纹涂料难以附着和不锈钢板表面硬度、耐磨性不够的缺陷。

根据本发明所提供的方法，为了增强不锈钢板表面与聚氨酯涂层以及聚氨酯涂层与紫外光固化涂层之间的附着力，需在不锈钢板表面形成一层聚氨酯涂层。所述聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯(Polyurethane)，以下简称PU。在经过脱脂的不锈钢板表面涂覆一层PU漆并固化，即可得到所述的PU涂层。

所述PU漆为本领域技术人员所公知，包含羟基丙烯酸树脂、固化剂、第一附着力促进剂、稀释剂和助剂。以所述PU漆的质量为基准，其中所述羟基丙烯酸树脂的含量为20～40％，优选为30～40％；所述固化剂的含量为5～10％，优选为8～10％；所述第一附着力促进剂的含量为0.1～5.0％，优选为0.2～3％；所述稀释剂的含量为50～70％，优选为50～60％；所述助剂的含量为1～5％，优选为1～3％。

所述羟基丙烯酸树脂为本领域技术人员常用的各种羟基丙烯酸树脂，一般情况下所述羟基丙烯酸树脂中的羟基含量为0.5-4.5质量％，例如可以为UCB公司的SM515，上海加合的U-845，联洁的1385及德谦的FS2050中的一种或几种。

所述固化剂为促进或调节PU漆固化而加入的一类含有异氰酸根的物质。所述固化剂为本领域技术人员所公知的各种固化剂，例如可以为Bayer公司的N3390，N3790，TL1351中的一种或几种。

所述第一附着力促进剂为有机硅氧烷类。采用有机硅氧烷类附着力促进剂，可以在不锈钢表面和PU漆中羟基丙烯酸树脂和固化剂之间形成有效化学键桥，促进有机涂层和无机不锈钢面的连接和附着。所述第一附着力促进剂，为本领域技术人员常用的各种有机硅氧烷类附着力促进剂，例如可以为道康宁6040、长辉化工的NSF-305、SILOK621S和德谦公司1031中的一种。

根据本发明所提供的方法，在所述不锈钢板表面涂覆PU漆之后，通过烘烤对PU漆进行固化。固化时，PU漆中羟基丙烯酸树脂的羟基与固化剂中的异氰酸根反应交联成膜。所述烘烤温度为70～140℃，烘烤时间为10～60min。对PU漆进行固化，形成PU涂层。所述PU涂层的厚度为10～15微米。

根据本发明所提供的方法，在不锈钢板表面形成所述PU涂层之后，在PU涂层表面再涂覆一层紫外光固化涂料(以下简称UV涂料)、固化，形成所述紫外光固化涂层(以下简称为UV涂层)，提高涂层的硬度和耐磨性。

所述UV涂料，包含活性稀释单体、低聚树脂、光引发剂、第二附着力促进剂、稀释剂和助剂。以所述UV涂料的质量为基准，其中所述活性稀释单体的含量为0.5～3.0％，优选为1.0.～2％；所述低聚树脂的含量为25～40％，优选为30～40％；所述光引发剂的含量为0.4～2％，优选为0.8～1.6％；所述第二附着力促进剂的含量为0.1～3％，优选为0.5～2％；所述稀释剂的含量为50～60％，优选为40～50％；所述助剂的含量为1～5％。

所述活性稀释单体的添加主要是为了改善粘度，改善UV涂层的柔性和硬度。所述活性稀释单体为含有2-4官能度的可光固化的一类小分子物质，例如可以选自1，6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)中的一种或几种。本发明中所述活性稀释单体可以采用沙多玛公司的SR238，SR351，SR444系列或者长兴公司的EM221，EM223，EM242、EM235系列中的一种或几种。

所述低聚树脂为UV涂料中的成膜物质，在紫外线光子的作用下形成具有立体结构的漆膜，并赋予漆膜的各种特性，例如硬度、柔韧性、附着力、光泽、耐老化等性能。本发明中，所述低聚树脂采用有机硅树脂和4-6官能度的聚氨酯丙烯酸酯，例如可以选自CN990，CN9006，1700B中的一种或几种。

所述光引发剂的加入用来传递紫外线光子的能量，迅速引发所述活性稀释单体和低聚树脂的交联聚合，促进体系的液固转换过程。所述光引发剂为现有技术中的各种光引发剂，例如可以选自光引发剂1173，184中的一种或两种。

所述第二附着力促进剂为氨基硅烷化合物。所述氨基硅烷化合物含有的氨基可以和PU涂层中未反应完全的异氰酸根反应，形成化学键，第二附着力促进剂中烷氧基可以与活性稀释单体、低聚树脂形成牢固化学键，从而形成化学键桥。本发明所采用的第二附着力促进剂，为本领域技术人员常用的各所公知，例如可以为德谦1121、美国联碳A-1100和江汉精细化工公司的JH-A110中的一种。

根据本发明所提供的方法，所述PU漆和UV涂料中均含有稀释剂和助剂。其中，所述稀释剂用来溶解涂料中的固体组分，调节体系粘度。一般情况下，所述稀释剂可以选自乙酸正丁酯、乙酸正丁酯丁醇、乙酸异丁酯、甲苯、二甲苯、丁醇、乙酸乙酯、丁酮、乙酸异丙酯、乙二醇正丁醚、二异丁基甲酮、乙二醇***乙酸酯中的一种或几种。所述助剂是为满足具体使用要求、改善漆膜性能而添加的辅助性组分，例如可以为催干剂、流平剂或其混合物。

所述催干剂是涂料工业的主要助剂，其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥，达到快干的目的。所述催干剂为本领域技术人员常用的各种催干剂，例如可以为叔胺类和金属盐类，本发明实施例中优选采用二月桂酸二丁基锡。

所述流平剂为能有效降低涂层表面张力，提高涂层的流平性和均匀性的一类物质。本发明中通过加入流平剂可改善所述PU漆的渗透性，减少涂覆时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。所述流平剂为本领域技术人员常用的各种流平剂，例如可以为BYK333、BYK310、AFCONA3670、迪高410等。

根据本发明所提供的方法，在PU涂层表面再涂覆UV涂料之后，固化形成所述UV涂层。形成所述UV涂层的条件为：固化温度为60～80℃，固化时间为2～10min，固化能量为600～1200mJ/cm²。所述UV涂层的厚度为10～20微米。

为了增加不锈钢板的光泽度，在形成所述PU涂层之前，还可以对不锈钢板进行物理气相沉积(physical vapor deposition)处理，以下简称PVD处理。所述PVD处理为本领域技术人员所公知的技术，在此不赘述。优选情况下，本发明中可采用PVD镀膜机在不锈钢表面镀上TiC、CrN镀层，一方面可以使镀层着色，另一方面可以增加不锈钢板的光泽度。一般情况下，所述PVD处理得到的镀层的厚度为90～120nm。

根据本发明所提供的方法，在所述UV涂层表面再涂覆耐指纹涂料，进一步提高不锈钢板防指纹的效果。本发明中，所述耐指纹涂料优选采用杜邦公司氟素添加剂FSO-100、8857A、日本旭硝子的氟素添加剂DP-10和日本化学株式会社FG中的一种或几种。本发明中，对所述耐指纹涂料的用量没有特别限制，一般情况下，所述耐指纹涂料涂覆的厚度为1～3微米。

根据本发明所提供的方法，所述涂覆所采用的方法为本领域技术人员所公知，例如可以选自刮涂、滚涂、喷涂、刷涂中的一种，本发明中优选采用喷涂的方法，但不局限于此。

下面结合实施例对本发明所提供的镜面不锈钢的制备方法作进一步的说明。本发明实施例及对比例中，所采用的原料均为商购得到。

实施例1

本实施例用来说明本发明所提供的镜面不锈钢的制备方法。

(1)将100mm×60mm×0.5mm的304高光不锈钢板浸泡至含有NaOH 1mol.L^-1、Na₂CO₃ 1mol.L^-1、十二烷基磺酸钠0.1mol.L^-1的脱脂液中超声振荡5min，然后浸泡至1mol.L^-1的磷酸溶液中8min，然后取出用水清洗；

(2)PVD处理：采用真空离子镀膜机(南方钛金公司，STN系列)对经过步骤(1)后的不锈钢板表面镀TiC，所述TiC的厚度为95nm，得到表面镀TiC膜的不锈钢板；

(3)采用手动喷枪(日本岩田，W-101型)对经过PVD处理的不锈钢板喷涂PU漆，120℃下烘烤50min，PU涂层的厚度为15微米。所述PU漆的配方为：

组分

羟丙树脂

二月桂酸

SILOK216S

固化剂

二甲苯

丁酮

丁酯

	1385	二丁基锡		N3390
								质量/g	9	0.06	0.14	5	8	8	12

(4)采用手动喷枪(日本岩田，W-101型)往表面覆PU涂层的不锈钢板上喷涂UV涂料，并在紫外灯下70℃固化8min，紫外灯的能量为1000mJ/cm²，UV涂层的厚度为15微米。所述UV涂料的配方为：

组分	CN990	CN9006	EM242	光引发剂1173	德谦1121	迪高410	丁酮	乙酯
									质量/g	1.5	15	2	0.5	0.5	0.05	15	15

(5)采用无尘布(深圳市科尼特静电科技有限公司，1009D)往表面覆UV涂层的不锈钢板上擦涂日本化学株式会社的耐指纹涂料FG，擦涂的耐指纹涂料的厚度为1微米。

通过上述处理得到的镜面不锈钢板，记为A1。

实施例2

本实施例用来说明本发明所提供的镜面不锈钢的制备方法。

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢板，不同之处在于：步骤(3)中，所述PU漆的配方为：

组分	SM515	固化剂N3390	二月桂酸二丁基锡	SILOK216S	二甲苯	丁酮	丁酯
								质量/g	4.8	4	0.5	0.08	2	2	3

通过上述处理得到的镜面不锈钢板，记为A2。

实施例3

本实施例用来说明本发明所提供的镜面不锈钢的制备方法。

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢板，不同之处在于：步骤(3)中，所述UV涂料的配方为：

组分	CN990	1700B	EM242	光引发剂1173	德谦1121	迪高410	丁酮	乙酯
									质量/g	2	18	3	0.5	0.5	0.05	15	15

通过上述处理得到的镜面不锈钢板，记为A3。

实施例4

本实施例用来说明本发明所提供的镜面不锈钢的制备方法。

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢板，不同之处在于：直接对脱脂后的不锈钢板喷涂PU漆，而不进行步骤(2)所述的PVD处理。所述PU漆的配方为：

组分	羟丙树脂1385	固化剂N3390	二月桂酸二丁基锡	SILOK216S	二甲苯	丁酮	丁酯
								质量/g	18	10	0.06	0.14	9	9	18

通过上述处理得到的镜面不锈钢板，记为A4。

对比例1

本实施例用来说明现有技术的不锈钢表面的防指纹处理方法。

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢板，不同之处在于：直接对经过步骤(2)PVD处理后的不锈钢板擦涂日本化学株式会社的耐指纹涂料FG，擦涂的耐指纹涂料的厚度为1微米，而不进行步骤(3)、(4)所述的形成PU涂层和UV涂层。

通过上述处理得到的不锈钢板，记为D1。

对比例2

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢，不同之处在于：将耐指纹涂料FG0.25g加入到UV涂料中混合均匀，并在不锈钢表面直接喷涂含有耐指纹涂料FG的UV涂料，而不进行步骤(3)的PU涂层的处理，并将喷涂UV涂料之后的不锈钢板置于紫外灯下70℃固化8min，紫外灯的能量为1000mJ/cm²，UV涂层的厚度为15微米。

通过上述处理得到的不锈钢板，记为D2。

对比例3

采用与实施例1相同的方法处理不锈钢，不同之处在于：用氨基烤漆取代步骤(3)中的PU漆，其余步骤相同。所述的氨基烤漆的配方为：

组分	氨基树脂DSMMELICS50	丙烯酸树脂ZJ-300	消泡剂BYK-141	流平剂BYK-333	二甲苯	丁醇
							质量/g	9	16	0.16	0.15	11	5

通过上述处理得到的不锈钢板，记为D3。

性能测试：

对实施例样品A1～A4和对比例样品D进行以下测试，测试结果如表1所示。

1、附着力测试：用划格器在涂层表面上划100个1毫米×1毫米的正方形格。用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上，不留一丝空隙，然后以最快的速度60度角揭起，观察划痕边缘处是否有脱漆。如没有任何脱漆为5B，脱漆量在0-5％之间为4B，5-15％之间为3B，15-35％之间为2B，35-65％之间为1B，65％以上为0B。

2、硬度测试：按照GB/6739T中第四章规定执行。

3、光泽度测试：采用微型光泽度仪(BYK)在60°角下测试得光泽度数据以60度角为标准，光泽度大于90即属于高光泽。

4、耐磨性测试：RCA纸带耐磨测试。Norman耐磨测试仪，宽为11英尺、直径为8英尺、中心孔为2英尺的卷纸，环境湿度保持在30-60％。施以150g力于样品表面进行循环测试，记下产品所能承受的耐磨次数，直到涂层出现磨痕为止。

5、表面能测试：使用接触角测量仪(Data physics公司，OCA系列)测量水和二碘甲烷在样品A1～A4和D表面平行和垂直沟槽走向的静态平衡接触角，通过WORK方法求出相应的表面能。

6、耐丙酮擦拭测试：用无尘布蘸取丙酮(AR)，在样品A1～A4和D表面来回擦拭，一个来回为1遍，擦拭500遍后再测试接触角，计算涂层的表面能。

表1

由上表1可以看出，采用本发明所提供的制备方法得到的镜面不锈钢板的硬度、耐磨性以及耐指纹涂料的附着力均明显优于现有技术。

从A1～A4与D1-D3的结果比较可以看出，本发明所得到的镜面不锈钢表面含有PU涂层和UV涂层，解决了现有技术中存在的镜面不锈钢上硬度、耐磨性与耐指纹涂料的附着力存在矛盾的缺陷。

另外从A1～A4与D的结果比较还可以看出，采用本发明所提供的方法得到的镜面不锈钢板表面所涂覆的耐指纹涂料的耐丙酮能力也大大增强。这是因为对比例中得到的不锈钢D表面经过PVD处理后为高光的无机表面，有机的耐指纹涂料难以附着；而经过本发明所提供的方法得到的不锈钢板A1～A4是在有机的UV涂层上再涂覆耐指纹涂料，耐指纹涂料能够良好地黏附于UV涂层上，因而耐丙酮能力增强。

从A1～A3与A4的结果比较可以看出，采用本发明的优选方案，在形成PU涂层之前对不锈钢板进行PVD处理，在其他性能不变的情况下，A1～A3的光泽度要明显优于A4。

Claims

1.一种镜面不锈钢的制备方法，包含以下步骤：

(a)脱脂：用脱脂液清洗不锈钢板；

(d)涂覆耐指纹涂料；所述聚氨酯漆由羟基丙烯酸树脂、固化剂、第一附着力促进剂、稀释剂和助剂组成；所述第一附着力促进剂为有机硅氧烷类；以所述聚氨酯漆的质量为基准，其中所述羟基丙烯酸树脂的含量为20～40％，固化剂的含量为5～10％，第一附着力促进剂的含量为0.1～5.0％，稀释剂的含量为50～70％，助剂的含量为1％～5％；

所述紫外光固化涂料含有活性稀释单体、低聚树脂、光引发剂、第二附着力促进剂、稀释剂和助剂；所述活性稀释单体为含有2-4官能度的可光固化的一类小分子物质，所述低聚树脂采用有机硅树脂和4-6官能度的聚氨酯丙烯酸酯，所述第二附着力促进剂为氨基硅烷化合物；

所述聚氨酯漆、紫外光固化涂料中的助剂各自独立地选自催干剂、流平剂或其混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以所述紫外光固化涂料的质量为基准，其中所述活性稀释单体的含量为1％～10％，低聚树脂的含量为25％～40％，光引发剂的含量为0.4～2％，第二附着力促进剂的含量为0.1～3.0％，稀释剂的含量为50～60％，助剂的含量为1～5％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚氨酯涂层的厚度为10～15微米，烘烤温度为70～140℃，烘烤时间为10～60min；所述紫外光固化涂层的厚度为10～20微米，固化温度为60～80℃，固化时间为2～10min，固化能量为600～1200mJ/cm²。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在形成聚氨酯涂层之前对不锈钢板进行物理气相沉积处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述耐指纹涂料涂覆的厚度为1～3微米。