CN111040486B - 亲水型易清洁涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种亲水型易清洁涂料及其制备方法和应用。本发明的亲水型易清洁涂料，以重量份计，包括：硅酸钾18～24份、硅酸分散体55～61份、硅烷偶联剂0.36～0.56份和水17～23份；其中，硅酸钾的模数为3.6～4.0；硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.4～3.0。该亲水型易清洁涂料的制备方法为先将硅酸分散体与硅烷偶联剂混合，得到混合溶液；再向混合溶液中入水和硅酸钾搅拌均匀。本发明的亲水型易清洁涂料，可以作为涂层应用于金属、玻璃等物质，具有易清洁、附着力好、硬度高、柔韧性好、耐冲击性能高、耐酸碱、耐高低温耐盐雾、耐高温湿热和耐久性等优势；且成分简单，易于质量控制，成本低。

Description

亲水型易清洁涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别涉及亲水型易清洁涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对于厨房家用电器的要求越来越高。厨房电器需要长时间接触油烟、调料、食品等物质，存在易沾油污、易滋生细菌等问题。因为接触油污的材料表面大都是金属材料，与油污粘附力大，污渍不易清除；而利用化学试剂如清洁剂等，会腐蚀材料表面，减少材料寿命。
现有技术多采用在材料表面添加涂层来弥补材料本身的缺陷，如聚四氟乙烯(特氟龙)，利用其表面能低的性质使油污较难粘附在其表面，从而达到易清洁的目的，但是，由于聚四氟乙烯涂层的硬度低、易刮擦且在高温环境使用易产生有害气体，当其表面油污长期不清理的情况下，凝结的油污粘结在表面依然无法清洁。因此，寻找一种操作简便、成本低、耐久性好、性能优异的易清洁涂料具有重要意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种亲水型易清洁涂料，具有很高的透明度，附着在材料表面能够提高其光泽度，不易开裂，易清洁，附着力好，硬度高，在很大程度上提高了材料的性能及用户的体验度。
本发明还提供一种上述亲水型易清洁涂料的制备方法。
本发明还提供了这种亲水型清洁涂料的应用方法，以及包含所述亲水型清洁涂料的产品，例如冰箱。
具体而言，本发明所采取的技术方案是：
本发明的一个方面，提供一种亲水型易清洁涂料，以重量份计，包括：硅酸分散体55～61份、硅酸钾18～24份、硅烷偶联剂0.36～0.56份和水17～23份；其中，所述硅酸钾的模数为3.6～4.0；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.4～3.0。
在一些实施例中，所述硅酸分散体为57～60份；优选地，所述硅酸分散体为58.09份。
在一些实施例中，所述硅酸钾为20～22份；优选地，所述硅酸钾为21.27份。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂为0.4～0.5份；优选地，所述硅烷偶联剂为0.46份。
在一些实施例中，所述水为18～21份；优选地，所述水为19.9份。
在一些实施例中，所述硅酸钾的模数为3.7～3.9；优选地，所述硅酸钾的模数为3.8。
在一些实施例中，所述硅酸分散体模数为2.6～2.8；优选地，所述硅酸分散体的模数为2.7。
本发明的涂料配方属于水玻璃体系，其结构式为M2O·nSiO2·mH2O，其中，M＝K、Na、Li等碱金属，n为模数，即SiO2/M2O摩尔比，m为结晶水的分子数；通常，随着模数的增加，硅酸盐的粘结能力、粘结强度和耐水性能会有所提高，但是涂料的稳定性与成膜性会变差；而发明人研究发现钾与钠和锂的比例对于涂料的耐水性、耐酸碱等性能有较大的影响。通过调整水玻璃体系中硅酸盐中各物质的模数和比例，可以制备得到综合性能好的易清洁涂料。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙氧基二甲基[3-(环氧乙烷氧基)丙基]硅烷、三甲氧基[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括助剂0.2～0.4份。优选地，所述助剂选自润湿剂、流平剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括润湿剂0.1～0.2份。
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括流平剂0.1～0.2份。
在一些实施例中，所述润湿剂选自丙烯酸酯共聚物水溶液、聚醚改性的有机硅中的至少一种。
在一些实施例中，所述流平剂选自硅酮六丙烯酸酯共聚物、改性丙烯酸流平剂、有机硅流平剂中的至少一种。
本发明中使用的助剂主要用来改善加工性能，起辅助作用，对涂料本身的性能如易清洁等影响不大。也可以根据实际需求添加或删减助剂的种类。
本发明另一方面还提供一种上述亲水型易清洁涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸分散体与硅烷偶联剂混合，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入剩余组分，搅拌均匀，得到亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤1)具体是，在搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，搅拌至溶液澄清，得到混合溶液。
在一些实施例中，步骤1)具体是，在100～150rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌10～15min，得到混合溶液。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中加入水搅拌10～15min，再加入硅酸钾搅拌10～15min，即得亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中滴加助剂搅拌均匀后，再加入水和硅酸钾搅拌均匀，即得亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10～15min，最后加入硅酸钾搅拌10～15min，即得亲水型易清洁涂料。
本发明的制备方法中，原料的加入顺序非常重要，改变顺序将影响涂料的性能。发明人通过实验发现，只有在硅酸分散体和硅烷偶联剂混合均匀后，再与其他物料混合得到的涂料透明且具有很好的清洁性能；改变加入顺序，如先将硅酸钾与硅酸分散体混合，再加入硅烷偶联剂等其他物料，得到的涂料浑浊且易清洁效果不理想。
本发明的另一方面，还涉及一种上述亲水型易清洁涂料在金属、玻璃领域的应用。
本发明的另一个方面，还涉及上述亲水型易清洁涂料在厨电产品的应用。
在一些实施例中，所述厨电产品为冰箱。
本发明的另一个方面，提供一种冰箱，所述冰箱的外壳和/或内饰玻璃表面设有涂层，所述涂层是由上述的亲水型易清洁涂料形成。
本发明的有益效果是：
本发明的亲水型易清洁涂料，可以作为涂层应用于金属、玻璃等物质，具有易清洁、附着力好、硬度高、柔韧性好、耐冲击性能高、耐酸碱、耐高低温、耐盐雾、耐高温湿热和耐久性等优势；且成分简单，易于质量控制，成本低。
本发明的亲水型易清洁涂料的制备方法，虽然操作简单，但对于原料的加入顺序有较高的要求。通过限定特定的添加顺序，进一步提高涂料的制备效率。
附图说明
图1是不锈钢基材和有涂层的不锈钢基材的油污清洁性能测试图；
图2是不锈钢基材、亲水涂层和疏水涂层的清洁性能测试图；
图3是玻璃基材和有涂层玻璃基材的清洁性能测试图。
具体实施方式
具体而言，本发明所采取的技术方案是：
本发明的一个方面，提供一种亲水型易清洁涂料，以重量份计，包括：硅酸分散体55～61份、硅酸钾18～24份、硅烷偶联剂0.36～0.56份和水17～23份；其中，所述硅酸钾的模数为3.6～4.0；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.4～3.0。
在一些实施例中，所述硅酸分散体为57～60份；优选地，所述硅酸分散体为58.09份。
在一些实施例中，所述硅酸钾为20～22份；优选地，所述硅酸钾为21.27份。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂为0.4～0.5份；优选地，所述硅烷偶联剂为0.46份。
在一些实施例中，所述水为18～21份；优选地，所述水为19.9份。
在一些实施例中，所述硅酸钾的模数为3.7～3.9；优选地，所述硅酸钾的模数为3.8。
在一些实施例中，所述硅酸分散体模数为2.6～2.8；优选地，所述硅酸分散体的模数为2.7。
本发明的涂料配方属于水玻璃体系，其结构式为M2O·nSiO2·mH2O，其中，M＝K、Na、Li等碱金属，n为模数，即SiO2/M2O摩尔比，m为结晶水的分子数；通常，随着模数的增加，硅酸盐的粘结能力、粘结强度和耐水性能会有所提高，但是涂料的稳定性与成膜性会变差；而发明人研究发现钾与钠和锂的比例对于涂料的耐水性、耐酸碱等性能有较大的影响。通过调整水玻璃体系中硅酸盐中各物质的模数和比例，可以制备得到综合性能好的易清洁涂料。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙氧基二甲基[3-(环氧乙烷氧基)丙基]硅烷、三甲氧基[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括助剂0.2～0.4份。优选地，所述助剂选自润湿剂、流平剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括润湿剂0.1～0.2份
在一些实施例中，所述亲水型易清洁涂料，以重量份计，还包括流平剂0.1～0.2份。
在一些实施例中，所述润湿剂选自丙烯酸酯共聚物水溶液、聚醚改性的有机硅中的至少一种。
在一些实施例中，所述流平剂选自硅酮六丙烯酸酯共聚物、改性丙烯酸流平剂、有机硅流平剂中的至少一种。
本发明中使用的助剂主要用来改善加工性能，起辅助作用，对涂料本身的性能如易清洁等影响不大。也可以根据实际需求添加或删减助剂的种类。
本发明另一方面还提供一种上述亲水型易清洁涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸分散体与硅烷偶联剂混合，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入剩余组分搅拌均匀，得到亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤1)具体是，在搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，搅拌至溶液澄清，得到混合溶液。
在一些实施例中，步骤1)具体是，在100～150rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌10～15min，得到混合溶液。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中加入水搅拌10～15min，再加入硅酸钾搅拌10～15min，即得亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中滴加助剂搅拌均匀后，再加入水和硅酸钾搅拌均匀，即得亲水型易清洁涂料。
在一些实施例中，步骤2)具体是，向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10～15min，最后加入硅酸钾搅拌10～15min，即得亲水型易清洁涂料。
本发明的制备方法中，原料的加入顺序非常重要，改变顺序将影响涂料的性能。发明人通过实验发现，只有在硅酸分散体和硅烷偶联剂混合均匀后，再与其他物料混合得到的涂料透明且具有很好的清洁性能；改变加入顺序，如先将硅酸钾与硅酸分散体混合，再加入硅烷偶联剂等其他物料，得到的涂料浑浊且易清洁效果不理想。
本发明的另一方面，还涉及一种上述亲水型易清洁涂料在金属、玻璃领域的应用。
本发明的另一个方面，还涉及上述亲水型易清洁涂料在厨电产品的应用。
在一些实施例中，所述厨电产品为冰箱。
本发明的另一个方面，提供一种冰箱，所述冰箱的外壳和/或内饰玻璃表面设有涂层，所述涂层是由上述的亲水型易清洁涂料形成。
以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。
其中，市售产品为水玻璃体系亲水涂层，其主要成分为硅酸钾、含有少量硅酸钠和Al2O3等。
实施例1
组成：
硅酸钾21.27份、硅酸分散体58.09份、硅烷偶联剂0.46份、水19.9份、润湿剂0.14份和流平剂0.14份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.8；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.7；所述硅烷偶联剂为巯丙基三甲氧基硅烷；所述润湿剂为聚醚改性的有机硅；所述流平剂为有机硅流平剂。
制备：
1)在150rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌10min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10min，最后加入硅酸钾搅拌15min，即得亲水型易清洁涂料1。
实施例2
组成：
硅酸钾18份、硅酸分散体61份、硅烷偶联剂0.56份、水20.1份、润湿剂0.17份和流平剂0.17份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.8；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.7；所述硅烷偶联剂为巯丙基三甲氧基硅烷；所述润湿剂为聚醚改性的有机硅；所述流平剂为有机硅流平剂。
制备：
1)在100rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌15min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10min，最后加入硅酸钾搅拌15min，即得亲水型易清洁涂料2。
实施例3
组成：
硅酸钾24份、硅酸分散体55份、硅烷偶联剂0.36份、水20.24份、润湿剂0.2份和流平剂0.2份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.8；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.7；所述硅烷偶联剂为巯丙基三甲氧基硅烷；所述润湿剂为聚醚改性的有机硅；所述流平剂为有机硅流平剂。
制备：
1)在120rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌12min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌15min，最后加入硅酸钾搅拌10min，即得亲水型易清洁涂料3。
实施例4
组成：
硅酸钾18份、硅酸分散体58.3份、硅烷偶联剂0.5份、水23份、润湿剂0.1份和流平剂0.1份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.6；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为3；所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述润湿剂为丙烯酸酯共聚物水溶液；所述流平剂为改性丙烯酸流平剂。
制备：
1)在120rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌12min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌15min，最后加入硅酸钾搅拌10min，即得亲水型易清洁涂料4。
实施例5
组成：
硅酸钾21.15份、硅酸分散体61份、硅烷偶联剂0.55份、水17份、润湿剂0.15份和流平剂0.15份。
其中，所述硅酸钾的模数为4；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.4；所述硅烷偶联剂为五氟苯基二甲基氯硅烷；所述润湿剂为丙烯酸酯共聚物水溶液；所述流平剂为硅酮六丙烯酸酯共聚物。
制备：
1)在150rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌10min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌15min，最后加入硅酸钾搅拌10min，即得亲水型易清洁涂料5。
实施例6
组成：
硅酸钾22份、硅酸分散体56份、硅烷偶联剂0.4份、水21.3份、润湿剂0.15份和流平剂0.15份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.9；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.5；所述硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；所述润湿剂为丙烯酸酯共聚物水溶液；所述流平剂为硅酮六丙烯酸酯共聚物。
制备：
1)在120rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌12min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌12min，最后加入硅酸钾搅拌12min，即得亲水型易清洁涂料6。
实施例7
组成：
硅酸钾21.2份、硅酸分散体55份、硅烷偶联剂0.4份、水23份、润湿剂0.2份和流平剂0.2份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.6；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.7；所述硅烷偶联剂为乙氧基二甲基[3-(环氧乙烷氧基)丙基]硅烷；所述润湿剂为聚醚改性的有机硅；所述流平剂为改性丙烯酸流平剂。
制备：
1)在1000rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌15min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10min，最后加入硅酸钾搅拌15min，即得亲水型易清洁涂料7。
实施例8
组成：
硅酸钾24份、硅酸分散体55份、硅烷偶联剂0.36份、水20.24份、润湿剂0.2份和流平剂0.2份。
其中，所述硅酸钾的模数为3.8；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.7；所述硅烷偶联剂为三甲氧基[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]硅烷；所述润湿剂为聚醚改性的有机硅；所述流平剂为硅酮六丙烯酸酯共聚物。
制备：
1)在100rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，继续搅拌至溶液澄清，再搅拌14min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌14min，最后加入硅酸钾搅拌14min，即得亲水型易清洁涂料8。
对比例1
选择模数为5的硅酸钾，其他组成、配比和制备方法同实施例1，得涂料9。
对比例2
选择模数为2的硅酸分散体，其他组成配比和制备方法同实施例1，得涂料10。
对比例3
将硅酸钾的用量调整为30份，其他组成配比和制备方法同实施例1，得涂料11。
对比例4
组成及配比同实施例1。
制备：
1)在150rpm的搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅酸钾，再搅拌10min，得到混合溶液。
2)向混合溶液中滴加润湿剂和流平剂搅拌均匀后，再加入水搅拌10min，最后加入硅烷偶联剂搅拌15min，即得涂料12。
制备过程中改变原料的添加顺序，发现得到的涂料12浑浊，透明性差，清洁性能差。
将实施例和对比例制备得到的涂料涂覆于金属或玻璃基材上，并用紫外光固化，得到带涂层的基材，其中，涂料1～11形成的涂层对应编号为涂层1～11。然后分别进行各项性能测试。
一、附着力、硬度和柔韧性测试
1、附着力测试
测试方法：用刀片或划格器在涂层上纵横交错划间距为1mm的小方格100个，深度划到金属基材，并去除划痕上的毛刺，将粘胶带(牌号3M 610或永大)沿百格45°角方向覆盖划痕区域，将胶带压平，使胶带和涂层之间无气泡，扯住胶带两端，迅速以与试板表面90°角方向揭起胶带，无涂层脱落，重复进行三次。
2、硬度测试
测试方法：用中华绘图/三菱铅笔铅笔(由于采用的中华绘图铅笔的最高硬度为6H，测试结果显示涂层硬度高于6H，故更高的硬度(7-9H)测试采用三菱铅笔进行测试)，按GB/T6739中的规定进行试验。
3、柔韧性测试
测试方法：参照GB/T 6742，样品在
Figure GDA0002932274450000101
圆柱的漆膜弯曲器上弯曲，检查涂层表面有无破坏。
4、耐冲击测试：
测试方法：将涂层试件涂层朝上平放在铁砧上，试件受冲击部分距边缘不少于15mm，每个冲击点的边缘相距不得少于15mm。重锤(质量为1000±1g)借控制装置固定在滑筒500mm的高度，按压控制钮，重锤即自由地落于冲头上。提起重锤，取出试板，相同冲击高度在同一试板上进行3次的冲击试验。若试件上冲击点处涂层无破坏、无开裂和无脱落，为合格。
性能测试结果如表1所示；本发明实施例制备的涂层透明度高，具有非常好的附着力，且硬度高、柔韧性好，耐冲击性好，在使用时，不易刮擦，损毁；市售产品基础性能与本发明相当；根据涂层9～11的性能测试结果，可以看出，当使用高模数硅酸钾时(对比例1)，得到的涂层柔韧性和耐冲击性能不合格，这是因为模数过高使得涂料的稳定性和成模性变差；当使用低模数硅酸分散体时(对比例2)，得到的涂层硬度低；而当硅酸钾用量过多时(对比例3)，得到的涂层耐冲击性能不合格。也就是说，涂层9～11的加工性能和机械性能存在问题，所以即使其他性能如清洁性能等测试合适，也不适合实际使用。
表1涂层的性能测试结果
样品 附着力 硬度 柔韧性 耐冲击性
涂层1 0级 9H 表面无破坏 合格
涂层2 0级 9H 表面无破坏 合格
涂层3 0级 9H 表面无破坏 合格
涂层4 0级 9H 表面无破坏 合格
涂层5 0级 8H 表面无破坏 合格
涂层6 0级 8H 表面无破坏 合格
涂层7 0级 8H 表面无破坏 合格
涂层8 0级 9H 表面无破坏 合格
市售 0级 9H 表面无破坏 合格
涂层9 1级 9H 表面有破坏 不合格
涂层10 0级 6H 表面无破坏 合格
涂层11 0级 9H 表面无破坏 不合格
二、水接触角测试
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其接触角越小，水在基材表面铺展的越开，易清洁性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。
表2主要考察了不锈钢基材上涂覆涂层前后的水接触角；以及在经过苛刻条件处理前后的水接触角的变化。其中，苛刻条件处理后还需用水清洗涂层表面至无试剂残留。
结果如表2所示，可以看出，本发明的涂料与市售涂料初始的水接触角相似，但在经过常温水浸泡、耐碱测试后，本发明涂层水接触角变小，亲水型增加，而市售产品的水接触角变大，清洁性能变差；经过耐酸测试后，本发明涂层和市售涂层的水接触角均变大，但本发明涂层水接触角增幅远小于市售产品；经过耐湿热和高温强碱测试后，两者水接触角均变小，且变化程度相差不大。而对比例(涂层9～11)的涂层与本发明要求保护的涂层水接触角的性能较为相似，总体来讲，本发明的涂层在复杂环境中仍具有非常好的清洁性能，并且好于市售产品。尤其适用于厨房环境等使用，例如：应用于厨电产品的表面处理涂层，实现其易清洁性能。
表2不同涂层在不同条件下的水接触角
Figure GDA0002932274450000121
三、清洁性能测试
1、清洁性能测试1：
将油污涂覆于不锈钢基材和有涂层的不锈钢基材表面，并在室温条件下固化10天，再采用抹布沾取清水擦拭，之后再用干抹布擦干。
结果如图1所示，图1A和图1B分别为430不锈钢基材和涂覆涂层1的基材表面的油污清洁性能图，可以看出，430不锈钢表面有油污残留，无法去除，而本发明的涂层表面干净无油腻，具有优异的清洁新能。
2、清洁性能测试2：
不锈钢基材表面、涂覆有涂层1的表面、疏水涂层(市售)表面用油性笔标记，后用清水浸润后擦拭，结果如图2所示，其中图2A、2B和2C分别为不锈钢基材表面、涂覆有涂层1的表面、疏水涂层表面；i为油性笔标记，ii为用水浸润油性笔标记，iii为擦拭后。可以看出，油性笔在不锈钢基材和本发明涂层表面都可以标记，而在疏水涂层上只有很浅的印记。用水浸泡后，不锈钢基材和疏水涂层上的油性笔标记没有变化，本发明涂层上的油性笔标记有油墨漂浮的现象。擦拭后，不锈钢基材和疏水材料表面油性笔标记仍然存在，肉眼几乎看不出变化；而本发明涂层上油性笔标记完全擦拭干净。综上，可以看出，本发明的亲水涂层具有非常好的抗油污、易清洁性能。
3、清洁性能测试3：
在玻璃和涂覆有涂层1的玻璃表面用油性笔标记，并用水浸润，结果如图3所示，图3A为油性笔标记的玻璃表面被水浸润的前(3A左图)后(3A右图)变化，可以看出，油墨顽固，油性笔标记基本无变化；图3B为油性笔标记的涂层1表面被水浸润的前(3B左图)后(3B右图)变化，可以看出，被水浸润后，油墨漂浮；说明本发明的涂层具有非常优异的清洁性能。
四、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能测试
1、耐酸性测试
测试方法：采用分析纯固态乙酸配置pH为3.0的酸性溶液(采用总酸量在(3.0～3.5g)/100mL的白醋与蒸馏水进行1:5比例的混合)，在酸性溶液中浸泡48h。实验温度为23±2℃，实验过程中避免阳光照射。其中有涂层的表面朝上，并在容器开处用保鲜膜进行密封并缠以胶带，以减少水分的蒸发。将试板表面的白醋用清水冲洗干净，将试件静置，静置时间不得小于15h。
2、耐碱性测试
测试方法：将试板放在温度为23±2℃的威猛先生溶剂中，浸泡48h。其中有涂层的表面朝上，并在容器开处用保鲜膜进行密封并缠以胶带，以减少水分的蒸发。将试板表面的威猛先生用清水冲洗干净，将试件静置，静置时间不得小于15h。
3、耐盐雾性能测试
测试方法：样品在试验温度35±2℃、饱和温度42±1℃，pH值6～7，盐水浓度为5％的条件下，放置72h，检查涂层表面的锈迹(距离边缘5mm的区域内不做考察)。
4、长期耐盐雾测试
测试方法：将基材周边封蜡，在试验温度55±2℃、饱和温度42±1℃，pH值6～7，盐水浓度为5％的条件下，放置168h，检查涂层表面的锈迹(距离边缘5mm的区域内不做考察)。
5、油性笔测试
测试方法：以日本斑马(zebra)MO-150-MC油性记号笔记模拟吸油烟机表面的油污，经擦拭后涂层表面不能有笔记残留。擦拭力度对水易清洁性能的等级判定为：擦拭力度≤1.0kg，优秀；1＜擦拭力度≤1.5kg，良好；1.5＜擦拭力度≤2.0kg，及格。
测试结果如表3所示，可以看出，在经过耐酸和耐碱的复杂环境后，本发明的涂层无发白粉化、皱皮、气泡、斑点、剥落等不良现象，油性笔测试及格；而市售产品的涂层发白，油性笔测试不及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)无发白粉化、皱皮、气泡、斑点、剥落等不良现象，油性笔测试及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)无发白粉化、皱皮、气泡、斑点、剥落等不良现象，但油性笔测试不及格。经过耐盐雾测试后，本发明涂层外观无发白、起泡、裂纹等不良现象，基材无锈迹，亲水性基本不变，且油性笔测试及格；而市售产品涂层外观发白、亲水性下降，油性笔测试及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)外观发白、亲水性下降，油性笔测试不及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)外观无发白、起泡、裂纹等不良现象，基材无锈迹，亲水性基本不变，油性笔测试及格。经过长期耐盐雾测试后，本发明涂层表面无腐蚀，外观无发白、起泡、裂纹等不良现象，基材无锈迹，油性笔测试及格；而市售产品涂层表面发白，基材轻微锈迹，油性笔测试不及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)表面发白，基材锈迹，油性笔测试不及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)表面无腐蚀，外观无发白、起泡、裂纹等不良现象，基材无锈迹，油性笔测试及格。总体可以看出，本发明的涂层更加能够耐受酸碱盐雾等复杂环境，且在复杂环境中仍具有很好的易清洁性能。
表3涂层性能测试结果
Figure GDA0002932274450000151
Figure GDA0002932274450000161
Figure GDA0002932274450000171
五、耐高低温性能测试
1、耐高温测试1：
测试方法：将试板放置在200±5℃的环境下1h，在室温环境下检查涂层的表面性能。
2、耐高温测试2：
测试方法：将试板放置在400±5℃的环境下1h，在室温环境下检查涂层的表面性能。
3、耐低温测试：
测试方法：将试板放置在-25±3℃的环境下1h，在室温环境下检查涂层的表面性能。
4、耐高低温冲击测试：
测试方法：将试样放置于200±5℃环境中保持20min，再将试样放置于-25±3℃环境中保持20min，作为一个周期，持续3个周期，试验后检查试样表面情况。
5、油性笔测试：
测试方法：以日本斑马(zebra)MO-150-MC油性记号笔记模拟吸油烟机表面的油污，经擦拭后涂层表面不能有笔记残留。擦拭力度对水易清洁性能的等级判定为：擦拭力度≤1.0kg，优秀；1＜擦拭力度≤1.5kg，良好；1.5＜擦拭力度≤2.0kg，及格。
测试结果如表4所示，可以看出，在经过耐高温测试后，本发明涂层外观无开裂、脱落，无明显黄变(色差△E≤3.0)，油性笔测试良好；而市售产品涂层虽然外观无开裂、脱落，无明显黄变(色差△E≤3.0)，但油性笔测试结果为及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)外观开裂、脱落，无明显黄变(色差△E≤3.0)，油性笔测试不及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)外观无开裂、脱落，无明显黄变(色差△E≤3.0)，油性笔测试及格。经过耐高低温冲击试验后，本发明涂层外观无开裂、脱落，无明显黄变(色差△E≤3.0)，油性笔测试良好；而市售产品涂层外观有开裂、脱落现象，油性笔测试不及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)外观有开裂现象，油性笔测试不及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)外观无开裂、脱落、变色等异常现象，油性笔测试及格。经过耐低温测试后，本发明涂层外观无开裂、脱落、变色等异常现象，油性笔测试良好；市售产品涂层外观有开裂现象，油性笔测试不及格；高模数硅酸钾涂层(涂层9)外观有开裂、脱落现象，油性笔测试不及格；低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)无开裂、脱落；无明显黄变(色差△E≤3.0)，油性笔测试及格。综上可以看出，在高温环境中，本发明和市售产品的涂层表面性能基本不变，但本发明涂层的清洁性能优于市售产品；改变本发明配方中硅酸钾的模数，涂层的表面性能和清洁性能均降低；改变本发明配方中硅酸分散体的模数或硅酸钾的用量对于涂层表面性能影响不大，但会降低清洁性能。在低温和耐高低温冲击的复杂环境中，本发明涂层表明性能和清洁性能明显优于市售产品；改变本发明配方中硅酸钾的模数，涂层的表面性能和清洁性能均降低；改变本发明配方中硅酸分散体的模数或硅酸钾的用量对于涂层表面性能影响不大，但会降低清洁性能。
表4涂层性能测试结果
Figure GDA0002932274450000191
Figure GDA0002932274450000201
Figure GDA0002932274450000211
六、耐久性测试
1、易清洁耐久性测试1：
测试方法：采用往复式摩擦试验机器进行测试，垂直增重2.0kg，在涂层上方使用聚酯纤维或者纯棉的抹布蘸取5％的洗洁精溶剂进行往复式擦拭。抹布应蘸有5％的洗洁精溶液，洗洁精采用普通的洗洁精(不得采用有强碱、强氧化性的威猛先生等强力洗涤剂)。抹布需要每200次换新抹布。
判定标准：其中，将涂层分为三个等级分别为优秀、良好、合格；其中，优秀：10000次耐磨实验后涂层表面无破坏，油性笔测试合格；良好：6000次耐磨实验后涂层表面无破坏，油性笔测试合格；合格：3000次耐磨实验后涂层表面无破坏，油性笔测试合格。
2、易清洁耐久性测试2
测试方法：钢丝绒，5％洗涤剂，5000次。
3、油性笔测试：
测试方法：以日本斑马(zebra)MO-150-MC油性记号笔记模拟吸油烟机表面的油污，经擦拭后涂层表面不能有笔记残留。擦拭力度对水易清洁性能的等级判定为：擦拭力度≤1.0kg，优秀；1＜擦拭力度≤1.5kg，良好；1.5＜擦拭力度≤2.0kg，及格。
测试结果如表5所示，在经过抹布的耐久性测试后，本发明涂层的海绵面测试优秀，百洁布粗面测试良好；与市售产品、低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)效果相当；高模数硅酸钾涂层(涂层9)测试中表面破坏，存在涂层脱落情况。经过钢丝绒的耐久性测试后，本发明涂层无明显划痕、无脱落等异常现象，亲水性基本不变；油性笔测试及格，与市售产品、低模数硅酸分散体涂层(涂层10)和高比例硅酸钾涂层(涂层11)效果相当；高模数硅酸钾涂层(涂层9)测试中表面破坏，存在涂层脱落情况。可以看出本发明的涂层具有好的耐久性，即使经过长时间擦拭，仍具有好的易清洁性能。
表5涂层易清洁耐久性测试结果
Figure GDA0002932274450000221
Figure GDA0002932274450000231
本领域技术人员应该理解的是，本发明的使用不受限于上述特定应用。就本文描述或描绘的特定元素和/或特征而言，本发明也不局限于其优选实施方案。应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方案例或各个实施方案，且在不脱离由以下权利要求所阐述和限定的本发明的范围的情况下能够进行许多重新布置、修改和替换。

Claims (9)

1.一种亲水型易清洁涂料，其特征在于，以重量份计，由如下组分组成：
硅酸钾18～24份、硅酸分散体55～61份、硅烷偶联剂0.36～0.56份、水17～23份和助剂0.2～0.4份；
其中，所述硅酸钾的模数为3.6～4.0；所述硅酸分散体为硅酸锂和硅酸钠的混合物，其模数为2.4～3.0；
所述亲水型易清洁涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸分散体与硅烷偶联剂混合，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入剩余组分，搅拌均匀，得到亲水型易清洁涂料。
2.根据权利要求1所述的亲水型易清洁涂料，其特征在于，所述助剂选自润湿剂、流平剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的亲水型易清洁涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙氧基二甲基[3-(环氧乙烷氧基)丙基]硅烷、三甲氧基[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]硅烷中的至少一种。
4.如权利要求1至3中任一项所述的亲水型易清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将硅酸分散体与硅烷偶联剂混合，得到混合溶液；
2)向混合溶液中加入剩余组分，搅拌均匀，得到亲水型易清洁涂料。
5.根据权利要求4所述的亲水型易清洁涂料的制备方法，其特征在于，步骤1)具体是，在搅拌状态下向硅酸分散体中加入硅烷偶联剂，搅拌至溶液澄清，得到混合溶液。
6.根据权利要求4所述的亲水型易清洁涂料的制备方法，其特征在于，步骤2)具体是，向混合溶液中滴加助剂搅拌均匀后，再加入水和硅酸钾搅拌均匀，即得亲水型易清洁涂料。
7.权利要求1至3中任一项所述的亲水型易清洁涂料在厨电产品的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的厨电产品为冰箱。
9.一种冰箱，其特征在于，所述冰箱的外壳和/或内饰玻璃表面设有涂层，所述涂层是由权利要求1至3中任一项所述的亲水型易清洁涂料形成。
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