CN110669431B - 一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料及其制备方法，该瓷膜涂料，包括：全氢聚硅氮烷、硅烷单体、锆溶胶、填料和防沉剂；该瓷膜涂料的制备方法包括：1）将防沉剂和填料分别进行研磨至细度小于10μm，混合得到混料；2）将步骤1）所获的混料加入至全氢聚硅氮烷中并搅拌，得到浆料；3）将锆溶胶和硅烷单体加入步骤2)所获的浆料中并搅拌，即可得到瓷膜涂料。本发明的高附着耐酸碱的瓷膜涂料含有锆溶胶和全氢聚硅氮烷及硅烷单体，成膜后含有“Si=O”和“Zr=O”化学键，所形成的二氧化硅膜由于被杂化，改善了涂料成膜后的物理性能，使其具有优异的耐酸碱性，同时具有优异的附着性，且硬度较高，能够极大地拓宽瓷膜涂料的应用领域。

Description

一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料及其制备方法。

背景技术

现有的瓷膜涂料是一种能使有机物与无机物发生反应制备而成，从而兼备两者优点的新型陶瓷涂料。瓷膜涂料由于不含As、Cd、Cr 、Pb、Cu以及Hg等重金属，且又具有其他优异的性能而被广泛使用，如高抗菌性，有效地防止霉和细菌类繁殖，抗菌效果达到99.9%；不粘污染物，干净卫生可以长久使用；高硬度，使用金属也不易产生刮痕，根据国际铅笔硬度测试，硬度可以达到8-9H。目前，大量的涂料生产商和研究者对瓷膜涂料进行研究。

CN 109439035 A公开了一种外墙用环保瓷膜涂料，按照质量百分比，由以下组分制备而成：硅溶胶分散液 40-50%、填料1-4%、硅烷偶联剂30-40%、颜料5-15%、流平剂0.1-1%、耐候剂1-3%、抗菌剂1-3%、紫外线吸收剂0.5-1.5%、聚二甲基含羟基硅油1-3%和有机催化剂0.5-2%。

CN 104478392 A公开了一种用于城市轨道交通车辆内饰板的瓷膜涂料，其特征在于，原料组分质量百分比为，其分为三个组份，其中第一组份为60-65%，第二组份为28-34%，第三组份为余量；第一组份为色浆，第二组份包括硅氧烷，第三组份为酸。所述瓷膜涂料组成复杂。

虽然，许多生产商和研究者对瓷膜涂料进做出了大量的研究工作，但现有的瓷膜涂料仍普遍存在附着性和耐酸碱性差的缺陷，因此需要生产商和研究者在这方面进行有效的改进。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料，其包括：全氢聚硅氮烷、硅烷单体、锆溶胶、填料和防沉剂。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料，包含以下重量份的组分：

全氢聚硅氮烷 40-85份；

硅烷单体 5-25份；

锆溶胶 5-15份；

填料 5-20份；

防沉剂 5-15份。

优选地，所述瓷膜涂料包含以下重量份的组分：

全氢聚硅氮烷 50-75份；

硅烷单体 8-20份；

锆溶胶 5-15份；

填料 10-20份；

防沉剂 7-10份。

优选地，在上述瓷膜涂料中，还包括颜料。

本发明通过将全氢聚硅氮烷与硅烷单体混合，然而固化后生成致密的二氧化硅膜；此外，由于少量的锆溶胶的加入，随着固化反应的进行，其可与固化反应过程中的产物进行缩聚反应，从而在形成二氧化硅膜的过程中进行了掺杂，最终获得了含有“锆-氧-硅”键的致密杂化网络结构，该结构致密且骨架键能较高，使其在底材表面形成保护屏障以阻止外界腐蚀性物质的侵蚀。同时，本发明瓷膜涂料具有较好的附着性，不易在长期使用过程中脱落。

更优选地，在上述瓷膜涂料中，所述颜料为功能型颜料，包括但不限于，铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉、硅灰粉以及珠光金粉中的一种或多种。具体颜料的选择可根据使用者的具体需求而定。

优选地，在上述瓷膜涂料中，所述硅烷单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、正辛基氯硅烷、十六烷基氯硅烷、十三氟四氢辛基氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷中的一种或多种。

优选地，在上述瓷膜涂料中，所述填料为碳酸钙、重晶石粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石、凹凸棒土、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、硅酸钙以及硅铝酸钠中的一种或多种。

优选地，在上述瓷膜涂料中，所述防沉剂为气相二氧化硅或者膨润土。

优选地，在上述瓷膜涂料中，所述锆溶胶为粒度为5-8nm的水分散型纳米锆溶胶。所述锆溶胶的粒度能够影响所述涂料成膜的空隙大小和光泽度，在本发明的粒度范围内，涂料成膜后的空隙小，与底材的接触面积大，从而改善附着性，且同时光泽性较好，不影响后续使用者的美观要求，更易与颜料相互配合，满足使用者的美学要求。

根据本发明的第一方面，本发明还提供一种上述高附着耐酸碱的瓷膜涂料的制备方法，所述方法依次包括以下步骤：

1）将防沉剂和填料分别进行研磨至细度小于10μm，然后混合，得到混料；

2）将步骤1）所获的混料加入至全氢聚硅氮烷中并搅拌，得到浆料；

3）将锆溶胶和硅烷单体加入步骤2)所获的浆料中并搅拌均匀，然后加入颜料并混合均匀即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料。

优选地，在上述方法中，所述步骤1）采用高速分散混合防沉剂和填料，其中混合速度为1200-2000r/min且时间为100-180min。

优选地，在上述方法中，所述步骤2）中所述搅拌是以80-150r/min的转速搅拌15-30min。

优选地，在上述方法中，所述步骤3）中所述搅拌是以40-80r/min的转速搅拌20-40min。

本发明的有益效果：

1、本发明的高附着耐酸碱的瓷膜涂料含有锆溶胶和全氢聚硅氮烷及硅烷单体，成膜后含有“Si=O”和“Zr=O”化学键，所形成的二氧化硅膜由于被杂化，改善了涂料成膜后的物理性能，使其具有优异的耐酸碱性，同时具有优异的附着性，且硬度较高，能够极大地拓宽瓷膜涂料的应用领域。

2、本发明瓷膜涂料安全无毒，不会产生对环境有污染性的气体，为一种环保型涂料，能满足各方面对环保的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案；下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料，包括：全氢聚硅氮烷、硅烷单体、锆溶胶、填料和防沉剂。

更进一步说明，按重量份，包含以下组分：

全氢聚硅氮烷 40-85份；

硅烷单体 5-25份；

锆溶胶 5-15份；

填料 5-20份；

防沉剂 5-15份。

更进一步说明，按重量份，包含以下组分：

全氢聚硅氮烷 50-75份；

硅烷单体 8-20份；

锆溶胶 5-15份；

填料 10-20份；

防沉剂 7-10份。

更进一步说明，还包括：颜料。

更进一步说明，所述硅烷单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、正辛基氯硅烷、十六烷基氯硅烷、十三氟四氢辛基氯硅烷及γ-氯丙基三氯硅烷中的一种或多种组合。

更进一步说明，所述填料为碳酸钙、重晶石粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石、凹凸棒土、沉淀硫酸钡、硅酸钙以及硅铝酸钠中的一种或多种组合。

更进一步说明，所述防沉剂为气相二氧化硅或者膨润土中的一种或组合。

更进一步说明，所述锆溶胶为水分散型纳米锆溶胶，其粒度为5-8nm。

一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）将防沉剂和填料分别进行研磨至细度小于10μm，然后混合，得到混料；

2）将步骤1）所获的混料加入至全氢聚硅氮烷中并搅拌，得到浆料；

3）将锆溶胶和硅烷单体加入步骤2)所获的浆料中并搅拌均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料。

更进一步说明，所述步骤3）具体为，将锆溶胶、硅烷单体和步骤2)所获的浆料搅拌均匀后，加入颜料并混合均匀。

制备实施例

制备实施例1

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 85g；

甲基氯硅烷 3 g；

苯基氯硅烷 2 g；

锆溶胶 5 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 5 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将锆溶胶、甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作A1。

制备实施例2

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

甲基氯硅烷 4 g；

苯基氯硅烷 5 g；

锆溶胶 5 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将锆溶胶、甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作A2。

制备实施例3

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

甲基氯硅烷 4 g；

苯基氯硅烷 5 g；

锆溶胶 6 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料；

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料；

（4）将锆溶胶、甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作A3。

制备实施例4

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

甲基氯硅烷 4 g；

苯基氯硅烷 5 g；

锆溶胶 7 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将锆溶胶、甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作A4

制备实施例5

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

甲基氯硅烷 4 g；

苯基氯硅烷 5 g；

锆溶胶 8 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将锆溶胶、甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作A5。

制备对比实施例

对比实施例1

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

甲基氯硅烷 4 g；

苯基氯硅烷 5 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将甲基氯硅烷和苯基氯硅烷加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到瓷膜涂料，记作B1。

制备对比实施例2

（1）按如下配方准确称取各组分：

全氢聚硅氮烷 70g；

锆溶胶 2 g；

碳酸钙 12 g；

重晶石粉 8 g；

气相二氧化硅 8 g；

铜铬黑 2 g。

（2）将气相二氧化硅、碳酸钙和重晶石粉分别进行研磨至细度小于10μm，然后将它们高速分散混合，其中混合速度为2000r/min，分散时间为100min，得到混料。

（3）将所得的混料加入至全氢聚硅氮烷中，并进行搅拌，其中搅拌速度为150r/min，搅拌15min，得到浆料。

（4）将锆溶胶加入所得的浆料中，并进行搅拌，其中搅拌速度为80r/min，搅拌时间为20min，最后加入铜铬黑并混合均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料，记作B2。

性能测试实施例

附着力测试：在涂层方向和垂直方向上各划11条10mm*10mm的线，其切口宽2mm，组成100个方格，切条深度应穿透膜层至底材，于划格区域放一条3M-898并用力挤压胶带，拉住胶带一头呈90°直角的方向迅速拉起，连续三次，每次均需要新胶带，目视涂料是否被胶带粘起，划分10个等级，1级最好，代表没有涂料被拉起，10级最差，脱落严重。

硬度测试：选用三菱铅笔1-9H，手持铅笔与涂层表面约成45°，铅笔芯不折断为度，于涂层表面推压，前方以均匀1mm/s的速度推向检验者1cm，从最硬的铅笔开始，直至找到都划不伤铅笔的为止，此铅笔硬度即为涂膜硬度。

耐酸性测试：裁取3块大小为50mm*50mm经过涂覆涂料的铝合金板材并分别置入质量分数为5%的硫酸中浸泡24小时，随后观察是否有变色，起泡，锈蚀等异常现象，以结果最差的板材为试验结果。

耐碱性测试：裁取3块大小为50mm*50mm经过涂覆涂料的铝合金板材并分别置入质量分数为55%的氢氧化钠溶液中浸泡24小时，随后观察是否有变色，起泡，锈蚀等异常现象，以结果最差的板材为试验结果。

将上述的实施例及对比实施例经测量后制得表1。

说明：

由上述试验结果可知，本发明瓷膜涂料获得的膜层与底材能够很好的贴合即具有优异的附着性，同时具有较高的硬度，且耐酸性和耐碱性也都较好，且在后续延长耐酸性和耐碱性测试时间至800小时，制备实施例1-5制备的瓷膜涂料制成的涂层仍没有任何变化；但对比实施例1的B1并未使用锆溶胶，而附着力及硬度都下降，且在耐酸性和耐碱性测试方面，不能通过800小时，有起泡现象。对比实施例2的B2并未使用硅烷单体，其亦会在耐酸性和耐碱性测试时出现起泡现象，不能通过在耐酸性和耐碱性测试；市售瓷膜涂料制成的涂层已出现起泡现象；因上本发明制备的瓷膜涂料，通过全氢聚硅氮烷、硅烷单体、锆溶胶、填料和防沉剂配合，制备得具有优异的耐酸性和耐碱性的瓷膜涂料。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种高附着耐酸碱的瓷膜涂料，其特征在于，按重量份，包含以下组分：

全氢聚硅氮烷 40-85份；

硅烷单体 5-25份；

锆溶胶 5-15份；

填料 5-20份；

防沉剂 5-15份；

所述锆溶胶为水分散型纳米锆溶胶，其粒度为5-8nm。

2.根据权利要求1所述的瓷膜涂料，其特征在于，按重量份，包含以下组分：

全氢聚硅氮烷 50-75份；

硅烷单体 8-20份；

锆溶胶 5-15份；

填料 10-20份；

防沉剂 7-10份。

3.根据权利要求1所述的瓷膜涂料，其特征在于，还包括：颜料。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的瓷膜涂料，其特征在于，所述硅烷单体为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、正辛基氯硅烷、十六烷基氯硅烷、十三氟四氢辛基氯硅烷及γ-氯丙基三氯硅烷中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的瓷膜涂料，其特征在于，所述填料为碳酸钙、重晶石粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石、凹凸棒土、沉淀硫酸钡、硅酸钙以及硅铝酸钠中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的瓷膜涂料，其特征在于，所述防沉剂为气相二氧化硅或者膨润土中的一种或组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述瓷膜涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将防沉剂和填料分别进行研磨至细度小于10μm，然后混合，得到混料；

2）将步骤1）所获的混料加入至全氢聚硅氮烷中并搅拌，得到浆料；

3）将锆溶胶和硅烷单体加入步骤2)所获的浆料中并搅拌均匀，即可得到高附着耐酸碱的瓷膜涂料。