CN114045051A - 环保高性能大理石涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种环保高性能大理石涂层及制备方法。其中所述大理石涂层，由A组分和B组分混合反应后喷涂、固化而成；其中所述A组分由以下质量份各原料混合制得：甲基三烷氧基硅烷70～90份、苯基甲基二烷氧基硅烷0～10份、四烷氧基硅烷0～10份、3‑脲丙基三烷氧基硅烷0～10份和催化剂0.5～3份；所述B组分由以下质量份各原料混合制得：改性硅溶胶40～70份、丙烯酸乳液30～60份和功能助剂1.5～5.5份；所述改性硅溶胶包括以下质量份各组分：弱碱性硅溶胶94～96份、乙烯基三烷氧基硅烷1～3份和γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷1～3份。本发明的水性双组分大理石涂层施工比较简单。

Description

环保高性能大理石涂层及制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种环保高性能大理石涂层及制备方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的飞速发展，越来越多的人更加重视室内房屋的装饰效果及装修材料的环保性。大理石作为一种天然的、高贵的装饰面材料已逐步替代由木饰面、玻璃和石英石、不锈钢等材质制作的餐桌、茶几电视柜、背景墙和厨房台面等家具。
大理石又称云石，是石灰岩，主要由方解石、石灰石、蛇纹石和白云石等几种成分组成，其中主要成分是碳酸钙，约占50％以上，易与生活中的醋酸发生反应，且在水的作用下日积月累会发生膨胀，限制了其应用。因此，需要一种大理石涂层，以避免大理石受外界环境影响其使用。
发明内容
本发明提供了一种环保高性能大理石涂层及制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大理石涂层，由A组分和B组分混合反应后喷涂、固化而成；其中所述A组分由以下质量份各原料混合制得：甲基三烷氧基硅烷70～90份、苯基甲基二烷氧基硅烷0～10份、四烷氧基硅烷0～10份、3-脲丙基三烷氧基硅烷0～10份和催化剂0.5～3份；所述B组分由以下质量份各原料混合制得：改性硅溶胶40～70份、丙烯酸乳液30～60份和功能助剂1.5～5.5份；所述改性硅溶胶包括以下质量份各组分：弱碱性硅溶胶94～96份、乙烯基三烷氧基硅烷1～3份和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷1～3份。
又一方面，本发明还提供了一种大理石涂层的制备方法，包括以下步骤：将甲基三烷氧基硅烷、苯基甲基二烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、3-脲丙基三烷氧基硅烷和催化剂混合搅拌后制得A组分；将改性硅溶胶、羟基丙烯酸乳液和各种功能助剂依次加入容器中搅拌后制得B组分；室温下，将A组分与B组分混合后，搅拌、过滤、喷涂至基材表面，干燥固化后，制得得大理石涂层。
本发明的有益效果是，与传统的溶剂型不饱和聚酯大理石涂料或直接贴膜等手段相比，本发明的水性双组分大理石涂料，采用的是有机-无机杂化体系。其中无机部分主要是由与石英相同的硅氧烷键(—Si—O—Si—)构成的一种无机聚合物，其—Si—O—Si—的骨架结构比传统有机涂膜的—C—C—键的骨架结构，在硬度、耐介质、耐高温和黄变等性能上具有明显优势；有机部分主要是与大理石有很好的亲和性的丙烯酸乳液，它可以很好的调节涂层的柔韧性。同时本发明涂层的是施工比较简单，不需要抛光、打蜡等处理即有高透的装饰效果，还原天然大理石的手感；更重要的是，本发明的涂料是一种水性环保涂料，不会造成环境和人体任何污染和伤害。因此，本发明产品的开发将在家装领域具有广阔应用和市场价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1中制得的改性硅溶胶进行改性前后的红外谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。
本发明旨在开发一款高硬度抗划伤、柔韧性好、耐介质和耐高温等综合性能优异的水性环保大理石涂层。如何平衡涂层的硬度和柔韧性以及提高涂层的耐介质效果，是本发明的关键点。
本发明提供了一种大理石涂层，由A组分和B组分混合反应后喷涂、固化而成；其中所述A组分由以下质量份各原料混合制得：甲基三烷氧基硅烷70～90份、苯基甲基二烷氧基硅烷0～10份、四烷氧基硅烷0～10份、3-脲丙基三烷氧基硅烷0～10份和催化剂0.5～3份；所述B组分由以下质量份各原料混合制得：改性硅溶胶40～70份、丙烯酸乳液30～60份和功能助剂1.5～5.5份；所述改性硅溶胶包括以下质量份各组分：弱碱性硅溶胶94～96份、乙烯基三烷氧基硅烷1～3份和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷1～3份；其中0为无限接近于0但不为0。
与传统的溶剂型不饱和聚酯涂料或是直接抛光打蜡及贴膜工艺相比，本发明的水性双组分大理石涂料，采用的是有机-无机杂化体系。其中无机部分主要是由与石英相同的硅氧烷键(—Si—O—Si—)构成的一种无机聚合物，其—Si—O—Si—的骨架结构比传统有机涂膜的—C—C—键的骨架结构，在硬度、耐介质、耐高温和黄变等性能上具有明显优势；有机部分主要是与大理石有很好的亲和性的丙烯酸乳液，它可以很好的调节涂层的柔韧性。同时本发明涂层的是施工比较简单，不需要抛光、打蜡等处理即有高透的装饰效果，还原天然大理石的手感；更重要的是，本发明的涂料是一种水性环保涂料，不会造成环境和人体任何污染和伤害。因此，本发明产品的开发将在家装领域具有广阔应用和市场价值。
其中，可选的，所述弱碱性硅溶胶的pH值为7～10，粒径为5～50nm。
可选的，所述甲基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷；所述苯基甲基二烷氧基硅烷为苯基甲基二甲氧基硅烷或苯基甲基二乙氧基硅烷；所述四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；所述3-脲丙基三烷氧基硅烷为3-脲丙基三甲氧基硅烷或3-脲丙基三乙氧基硅烷；所述乙烯基三烷氧基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；所述丙烯酸乳液为羟基丙烯酸乳液，羟基含量(占固体分)为2～4％；所述催化剂为甲酸、乙酸、柠檬酸或其混合液；所述功能助剂为消泡剂、润湿流平剂、抗流挂剂、催干剂、增光剂、手感剂。
进一步的，本发明还提供了一种大理石涂层的制备方法，包括以下步骤：将甲基三烷氧基硅烷、苯基甲基二烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、3-脲丙基三烷氧基硅烷和催化剂混合搅拌后制得A组分；将改性硅溶胶、羟基丙烯酸乳液和各种功能助剂依次加入容器中搅拌后制得B组分；室温下，将A组分与B组分混合后，搅拌、过滤、喷涂至基材表面，干燥固化后，制得得大理石涂层。
其中，可选的，所述A组分与B组分的质量比为(1:1.5)～(1:3)。
可选的，将A组分与B组分混合后，在500～800r/min下搅拌反应30～60min，300～500目滤网过滤喷涂，30～50℃固化2～6h。
可选的，所述改性硅溶胶的制备方法为：将乙烯基三烷氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷混合后，滴加到弱碱性硅溶胶中加热搅拌反应，先保持恒温反应，再降温冷却后得到的液体即为改性硅溶胶。
具体的，制备所述改性硅溶胶的反应机理为：
Figure BDA0003396459040000051
其中R为烷基；X为甲氧基、乙氧基、氯基等可水解的基团；Y为乙烯基、氨基、环氧基等有机活性基团。
下列各实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业产品，可通过商业渠道购买；实施例中自制的改性硅溶胶是由广东惠尔特纳米科技有限公司生产的弱碱性硅溶胶HS-30(其pH值为8，固体含量为30wt％，硅溶胶粒径为15nm)改性制得。也可采用济南全鑫化工有限公司或者浙江宇达化工有限公司生产的硅溶胶进行改性处理。
实施例中低羟值的羟基丙烯酸乳液选用联固的ZH625，羟基含量(占固体分)为2.0％，pH值为8，固体含量为42％；高羟值的羟基丙烯酸乳液选用联固的ZH624，羟基含量(占固体分)为4.0％，pH值为8，固体含量为40％。
实施例中消泡剂选用BYK公司的BYK-024、润湿流平剂选用BYK公司的BYK-3480、抗流挂剂选用BYK公司的RHEOBYK-7600、催干剂选用佛山市隽途新材料有限公司的A-158、增光剂选用东莞市博诚化工有限公司的SP-9512、手感剂选用道康宁公司的DC-51。
检测涂层性能采用的方法如下：硬度按照GB/T 6739-2006方法测定；附着力按照GB/T9286-1998方法测定；耐酸碱性能按照GB/T 9274-1988方法测定；耐老化按照GB/T1865-2009方法测定；耐油盐酱醋茶等调料品测试方法：将市面常见品牌的食用油、食盐、酱油、陈醋、红茶各取一份搅拌均匀铺撒在涂层上，目测观察涂层变化；冷热冲击按照GB/T4893.7-2001方法测定。耐干热性按照GB/T 4893.3-2005方法测定。FT-IR测试：硅溶胶200℃干燥1h，研磨成粉末，用无水乙醇在超声波中清洗0.5h，然后过滤抽干，重复同样步骤3次，除去表面附着的有机硅单体及低聚物等物质并与KBr粉末混合后压制成片进行FT-IR表征，扫频范围4000～400cm-1。
实施例1
改性硅溶胶的制备：将2质量份乙烯基三甲氧基硅烷和2质量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷一次性加到96质量份弱碱性硅溶胶HS-30中进行搅拌，加热至65℃反应0.5h，降温至40℃后，过滤、包装即得改性硅溶胶。
实施例2
改性硅溶胶的制备：将3质量份乙烯基三甲氧基硅烷和1质量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷一次性加到95质量份弱碱性硅溶胶HS-30中进行搅拌，加热至65℃反应0.5h，降温至40℃后，过滤、包装即得改性硅溶胶。
实施例3
改性硅溶胶的制备：将1质量份乙烯基三甲氧基硅烷和3质量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷一次性加到94质量份弱碱性硅溶胶HS-30中进行搅拌，加热至65℃反应0.5h，降温至40℃后，过滤、包装即得改性硅溶胶。
实施例4
A组分的制备：将市售分析纯级别的85质量份甲基三甲氧基硅烷、5质量份四甲氧基硅烷、5质量份苯基甲基二烷氧基硅烷、5质量份3-脲丙基三甲氧基硅烷和1.5质量份乙酸依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得A组分。
B组分的制备：将55质量份实施例1中制得的改性硅溶胶、45质量份羟值为4.0％的羟基丙烯酸乳液、0.2质量份消泡剂、0.6质量份润湿流平剂、0.5质量份抗流挂剂、1质量份催干剂、0.3质量份增光剂和0.6质量份手感剂依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得B组分。
涂料的制备：将A组分与B组分按照1:2的比例，依次加入搅拌桶中，室温下500r/min搅拌反应40min，500目滤网过滤，即得大理石配套涂料。
涂层制备：将大理石进行600目打磨而后除尘处理。采用手持式喷枪，膜厚控制在40μm左右，放置50℃烘房固化4h，得高性能大理石涂层。
实施例5
A组分的制备：将市售分析纯级别的70质量份甲基三甲氧基硅烷、8质量份四甲氧基硅烷、2质量份苯基甲基二烷氧基硅烷、8质量份3-脲丙基三甲氧基硅烷和0.5质量份乙酸依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得A组分。
B组分的制备：将40质量份实施例2中制得的改性硅溶胶、60质量份羟值为3.0％的羟基丙烯酸乳液、0.3质量份消泡剂、0.7质量份润湿流平剂、0.6质量份抗流挂剂、1.5质量份催干剂、0.5质量份增光剂和0.4质量份手感剂依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得B组分。
涂料的制备：将A组分与B组分按照1:1.5的比例，依次加入搅拌桶中，室温下600r/min搅拌反应60min，500目滤网过滤，即得大理石配套涂料。
涂层制备：将大理石进行600目打磨而后除尘处理。采用手持式喷枪，膜厚控制在40μm左右，放置50℃烘房固化4h，得高性能大理石涂层。
实施例6
A组分的制备：将市售分析纯级别的90质量份甲基三甲氧基硅烷、7质量份四甲氧基硅烷、10质量份苯基甲基二烷氧基硅烷、2质量份3-脲丙基三甲氧基硅烷和2.5质量份乙酸依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得A组分。
B组分的制备：将70质量份实施例3中制得的改性硅溶胶、30质量份羟值为2.0％的羟基丙烯酸乳液、0.5质量份消泡剂、0.5质量份润湿流平剂、2质量份抗流挂剂、1.7质量份催干剂、0.4质量份增光剂和0.5质量份手感剂依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得B组分。
涂料的制备：将A组分与B组分按照1:1.5的比例，依次加入搅拌桶中，室温下800r/min搅拌反应35min，500目滤网过滤，即得大理石配套涂料。
涂层制备：将大理石进行600目打磨而后除尘处理。采用手持式喷枪，膜厚控制在40μm左右，放置50℃烘房固化4h，得高性能大理石涂层。
实施例7
A组分的制备：将市售分析纯级别的75质量份甲基三甲氧基硅烷、5质量份四甲氧基硅烷、8质量份苯基甲基二烷氧基硅烷、7质量份3-脲丙基三甲氧基硅烷和1质量份乙酸依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得A组分。
B组分的制备：将60质量份弱碱性硅溶胶HS-30、40质量份羟值为2.8％的羟基丙烯酸乳液、0.1质量份消泡剂、1质量份润湿流平剂、1质量份抗流挂剂、1质量份催干剂、0.7质量份增光剂和1质量份手感剂依次加到搅拌桶中搅拌均匀，即得B组分。
涂料的制备：将A组分与B组分按照1:2.5的比例，依次加入搅拌桶中，室温下700r/min搅拌反应50min，500目滤网过滤，即得大理石配套涂料。
涂层制备：将大理石进行600目打磨而后除尘处理。采用手持式喷枪，膜厚控制在40μm左右，放置50℃烘房固化4h，得高性能大理石涂层。
将各实施例中制得的大理石涂层进行相关性能测试，并将数据汇总于表1。
表1各实施例中制得的大理石涂层的性能数据
Figure BDA0003396459040000091
从上表1可以看出，改性处理后的硅溶胶配制涂料，喷涂的漆面效果、稳定性及耐水性较好，主要是因为未改性的硅溶胶粒子容易团聚，配漆反应一段时间，分子量急剧增加，降低了涂料的稳定性，影响了喷涂效果。经改性处理的硅溶胶，有效防止了硅溶胶粒子的团聚，同时减少了涂层表面亲水羟基的数量，使漆膜表面更加平整光滑，提高了防污抗菌效果。。
从上表1还可以看出，在水性有机硅树脂中，加入柔性羟基丙烯酸乳液是很有必要的，高羟值丙烯酸乳液能够更好的与有机硅树脂及硅溶胶表面的羟基反应结合，中和了漆膜的刚性。但添加量过少，漆膜太脆，长期使用易开裂；添加量过多，有机物成分过多，耐油盐酱醋茶等介质效果差。添加全漆量28-38％的高羟值丙烯酸乳液能够更好的平衡漆膜的硬度及柔韧性。相比传统的溶剂型大理石用涂层以及贴膜工艺等，本发明的高硬度抗划伤、柔韧性好、耐介质和耐高温等综合性能优异的水性环保大理石涂层，在家装餐桌、厨房台面及阳台台面等场所极具应用价值。
从图1中硅溶胶改性前后的FT-IR图谱可以看出：1060～1100cm-1之间较宽吸收峰主要是Si-O-Si、Si-O-C、Si-O和O-Si-O等基团引起的振动吸收带，改性处理后1060～1170cm-1之间吸收带更宽，可能是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷改性促进了线型Si-O-Si向体型Si-O-Si转变；1702cm-1处为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷所含的C＝C键共轭的C＝O的振动吸收峰；1604cm-1处为乙烯基三甲氧基硅烷所含C＝C键伸缩振动峰，3066cm-1处为乙烯基C-H伸缩振动峰。以上变化说明，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷并不是与硅溶胶简单的物理共混，而是发生化学反应成功的接枝在硅溶胶表面。
综上所述，与传统的溶剂型不饱和聚酯大理石涂料或直接贴膜等手段相比，本发明的水性双组分大理石涂料，采用的是有机-无机杂化体系。其中无机部分主要是由与石英相同的硅氧烷键(—Si—O—Si—)构成的一种无机聚合物，其—Si—O—Si—的骨架结构比传统有机涂膜的—C—C—键的骨架结构，在硬度、耐介质、耐高温和黄变等性能上具有明显优势；有机部分主要是与大理石有很好的亲和性的丙烯酸乳液，它可以很好的调节涂层的柔韧性。将有机部分与无机部分统一地结合为一个整体，有效地提高了涂层的柔韧性、防火阻燃性和抗菌防污效果。同时本发明涂层的是施工比较简单，不需要抛光、打蜡等处理即有高透的装饰效果，还原天然大理石的手感；更重要的是，本发明的涂料是一种水性环保涂料，不会造成环境和人体任何污染和伤害。因此，本发明产品的开发将在家装领域具有广阔应用和市场价值。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种大理石涂层，其特征在于，
由A组分和B组分混合反应后喷涂、固化而成；其中
所述A组分由以下质量份各原料混合制得：
甲基三烷氧基硅烷70～90份、苯基甲基二烷氧基硅烷0～10份、四烷氧基硅烷0～10份、3-脲丙基三烷氧基硅烷0～10份和催化剂0.5～3份；
所述B组分由以下质量份各原料混合制得：
改性硅溶胶40～70份、丙烯酸乳液30～60份和功能助剂1.5～5.5份；
所述改性硅溶胶包括以下质量份各组分：弱碱性硅溶胶94～96份、乙烯基三烷氧基硅烷1～3份和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷1～3份。
2.如权利要求1所述的大理石涂层，其特征在于，
所述弱碱性硅溶胶的pH值为7～10，粒径为5～50nm。
3.如权利要求1所述的大理石涂层，其特征在于，
所述甲基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷；
所述苯基甲基二烷氧基硅烷为苯基甲基二甲氧基硅烷或苯基甲基二乙氧基硅烷；
所述四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；
所述3-脲丙基三烷氧基硅烷为3-脲丙基三甲氧基硅烷或3-脲丙基三乙氧基硅烷。
4.如权利要求1所述的大理石涂层，其特征在于，
所述乙烯基三烷氧基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；
所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；
所述丙烯酸乳液为羟基丙烯酸乳液，羟基含量(占固体分)为2～4％。
5.一种大理石涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将甲基三烷氧基硅烷、苯基甲基二烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、3-脲丙基三烷氧基硅烷和催化剂混合搅拌后制得A组分；
将改性硅溶胶、羟基丙烯酸乳液和各种功能助剂依次加入容器中搅拌后制得B组分；
室温下，将A组分与B组分混合后，搅拌、过滤、喷涂至基材表面，干燥固化后，制得得大理石涂层。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述A组分与B组分的质量比为(1:1.5)～(1:3)。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
将A组分与B组分混合后，在500～800r/min下搅拌反应30～60min，40～60℃固化3～7h。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述改性硅溶胶的制备方法为：
将乙烯基三烷氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷混合后，滴加到弱碱性硅溶胶中加热搅拌反应，先保持恒温反应，再降温冷却后得到的液体即为改性硅溶胶。
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