CN115637096B - 一种高耐磨的涂液组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种高耐磨的涂液组合物及其制备方法，按重量份数计算，通过甲组分105～120份、乙组分30～70份和丙组分50～150份；其中，丙组分为颜填料；甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5～20份；其中，改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5～15份以及环氧树脂85～95份；所述乙组分为改性固化剂；其中，改性固化剂包括脲基化合物5～15份和多元胺15～65份。通过在树脂组分中引入环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物、在固化剂组分中引入脲基化合物以及在颜填料组分中引入二维填料，通过这些手段的共同耦合作用，从而解决了涂层材料的耐磨性能差、耐腐蚀性能不佳等问题，显著提高涂料的耐磨耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本申请涉及耐磨涂料领域，特别是一种高耐磨涂液组合物及其制备方法。
背景技术
作为人造工程材料的水泥混凝土经过几百年的发展，其耐久性问题日渐突出。由于水泥混凝土耐久性造成的危害非常严重，探索提高混凝土耐久性的各种方法、技术和措施刻不容缓。涂层技术是一种简便有效的防腐措施，随着涂层防腐涂装的发展，出现了很多有效的防护涂层。
有机类的涂层材料容易调配各种各样的颜色，同时有机涂层材料柔韧性好，可以应用于各种基材表面起到保护和装饰基材的作用。已经被广泛应用玻璃、木材、金属、陶瓷、混凝土等各种基材的表面涂装，其市场需求量逐年增加。随着社会经济和科技水平的发展，人们对于各领域广泛应用的涂料不再仅满足于其美观性，对其环保性和功能性方面的要求也越来越高，一方面，涂料品种结构向着高固含、低VOC、水性化等更加安全环保的方向发展，绿色环保型涂料必将逐渐取代部分传统溶剂型涂料；另一方面，涂料也向着高性能化、功能化等高档次方向发展，涂料不仅要保护和美化基材，而且要给予基材本身无法具有的特殊功能，以获得高增值化、高级化的效果。
而地坪表面应用的涂层材料，需要有较高的物理化学性能。尤其是车库等场合的地面涂层材料，需要有优异的耐磨、耐酸耐碱等性能。而常规的丙烯酸、环氧、聚氨酯等涂层材料耐磨性都不佳，在使用过程中容易被磨损，维护保养要求高。如环氧涂层耐磨性、光泽、耐化学品性好，但耐候性、耐高温性、抗划伤性能均较差。
发明内容
鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种高耐磨涂液组合物及其制备方法，包括：
一种高耐磨的涂液组合物，按重量份数计算，包括甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5~15份以及环氧树脂85~95份；
所述乙组分为改性固化剂；其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5~15份和多元胺15~65份。
进一步地，所述核壳结构物的分子式为O(CHCH2)CH2OC3H6(SiO)3-A；
式中，A为二氧化硅，所述核壳结构物的核为二氧化硅，所述核壳结构物的壳为环氧硅烷包覆物。
进一步地，所述脲基化合物的分子式为Si(OR1)3C3H6NHC(=O)NHR2NHC(=O)NHC3H6Si(OR3)3；
式中，R1、R3为甲基或乙基中的一种，R2为C6的直链或含脂肪六元环结构。
进一步地，所述颜填料包括石墨烯、氮化硼、二硫化钼类二维纳米填料和着色体制颜料；其中，所述着色体制颜料包括钛白、碳化硅、氧化铝、氧化硅、硫酸钡和高岭土中的至少一种。
本申请还提供一种如上所述的高耐磨的涂液组合物的制备方法，包括步骤：
将所述二氧硅烷、所述环氧硅烷以及所述稀释剂混合，加入催化剂反应第一指定时间后干燥，得到所述核壳结构物；
将所述核壳结构物与所述环氧树脂混合，得到所述甲组分；
将氨基硅烷与有机溶剂混合，加入双异氰酸酯反应第二指定时间后干燥，得到所述脲基化合物；
将所述脲基化合物与所述多元胺混合，得到乙组分；
按照指定质量比将所述甲组分、所述乙组分与所述颜填料混合，得到目标涂料组合物。
进一步地，所述环氧硅烷为kh560和kh561中的一种或一种以上混合物；所述氨基硅烷为kh550和kh540中的一种或一种以上混合物。
进一步地，所述环氧树脂为E51、E44和E20中的一种或一种以上混合物。
进一步地，所述稀释剂为苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；所述催化剂为盐酸、硝酸、醋酸中的一种或一种以上混合物；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或一种以上混合物。
进一步地，所述双异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或一种以上混合物。
进一步地，所述多元胺为聚酰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、1，6-己二胺、间苯二甲胺、二乙基甲苯二胺中的一种或一种以上混合物。
本申请具有以下优点：
在本申请的实施例中，相对于现有技术中的涂层材料耐磨性能差的问题，本申请提供了高耐磨涂液的解决方案，具体为：按重量份数计算，包括甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份；其中，所述丙组分为颜填料；所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5~15份以及环氧树脂85~95份；所述乙组分为改性固化剂，其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5~15份和多元胺15~65份。通过在树脂组分中引入环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物，该核壳结构物实际为一个多官能度的成分，能够为体系提供更多的交联固化点，使得体系更加致密，从而提高涂料的表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。通过在固化剂组分中引入脲基化合物，该脲基化合物具有特殊的脲基单元，能和涂料中的羟基、氨基形成氢键作用，同时该脲基化合物含有可同填料接枝反应的活性官能团，进而提高涂料中两相界面间的作用力，从而提高涂料的致密性、表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。通过在颜填料组分中引入二维填料，该二维填料为片层结构，对腐蚀介质具有更强的阻隔作用，同时二维片层材料具有一定的润滑作用，也能提高涂料的耐磨性能。总体而言，本发明通过这些手段的共同耦合作用，从而解决了涂层材料的耐磨性能差、耐腐蚀性能不佳等问题，显著提高涂料的耐磨耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的一种高耐磨的涂液组合物的制备方法的步骤流程图；
图2是本申请一实施例提供的核壳结构物的分子结构式；
图3是本申请一实施例提供的脲基化合物的分子结构式。
具体实施方式
为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
发明人通过分析现有技术发现：不断研究开发用于混凝土表面的新型防护涂层成为当今建筑界的一个热点，开发特种高耐磨涂层材料及产品开发意义重大。
本申请一实施例公开了一种高耐磨的涂液组合物，按重量份数计算，包括甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5~15份以及环氧树脂85~95份；
所述乙组分为改性固化剂；其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5~15份和多元胺15~65份。
在本申请的实施例中，通过按重量份数计算，通过甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份；其中，所述丙组分为颜填料；所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5~15份以及环氧树脂85~95份；所述乙组分为改性固化剂；其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5~15份和多元胺15~65份。通过在树脂组分中引入环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物，该核壳结构物实际为一个多官能度的成分，能够为体系提供更多的交联固化点，使得体系更加致密，从而提高涂料的表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。通过在固化剂组分中引入脲基化合物，该脲基化合物具有特殊的脲基单元，能和涂料中的羟基、氨基形成氢键作用，同时该脲基化合物含有可同填料接枝反应的活性官能团，进而提高涂料中两相界面间的作用力，从而提高涂料的致密性、表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。通过在颜填料组分中引入二维填料，该二维填料为片层结构，对腐蚀介质具有更强的阻隔作用，同时二维片层材料具有一定的润滑作用，也能提高涂料的耐磨性能。总体而言，本发明通过这些手段的共同耦合作用，从而解决了涂层材料的耐磨性能差、耐腐蚀性能不佳等问题，显著提高涂料的耐磨耐腐蚀性能。
下面，将对本示例性实施例中一种高耐磨的涂液组合物作进一步地说明。
作为一种示例，所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份，乙组分为改性固化剂30~70份，丙组分为颜填料50~150份。
其中，所述改性树脂为5~15份的核壳结构物和余量的环氧树脂的混合物，图2为核壳结构物的分子结构式，所述核壳结构物的分子式为O(CHCH2)CH2OC3H6(SiO)3-A；
结构式中，A为二氧化硅，所述核壳结构物的核为二氧化硅，所述核壳结构物的壳为环氧硅烷包覆物。通过在树脂组分中引入环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物，该核壳结构物实际为一个多官能度的成分，能够为体系提供更多的交联固化点，使得体系更加致密，从而提高涂料的表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。
作为一种示例，所述改性固化剂为5~15份脲基化合物和余量的多元胺的混合物，图3为脲基化合物的分子结构式，所述脲基化合物的分子式为Si(OR1)3C3H6NHC(=O)NHR2NHC(=O)NHC3H6Si(OR3)3；
结构式中，R1、R3为甲基或乙基中的一种，R2为C6的直链或含脂肪六元环结构。通过在固化剂组分中引入脲基化合物，该脲基化合物具有特殊的脲基单元，能和涂料中的羟基、氨基形成氢键作用，同时该脲基化合物含有可同填料接枝反应的活性官能团，进而提高涂料中两相界面间的作用力，从而提高涂料的致密性、表面硬度、耐磨、耐酸耐碱性能。
在本实施例中，所述颜填料包括石墨烯、氮化硼、二硫化钼类二维纳米填料和着色体制颜料；其中，所述着色体制颜料包括钛白、碳化硅、氧化铝、氧化硅、硫酸钡和高岭土中的至少一种。
作为一种示例，所述颜填料为1~10份的石墨烯、氮化硼和二硫化钼类二维纳米填料，余量为常规的着色体制颜填料的混合物。通过在颜填料组分中引入二维填料，该二维填料为片层结构，对腐蚀介质具有更强的阻隔作用，同时二维片层材料具有一定的润滑作用，也能提高涂料的耐磨性能。
参照图1，还示出了本申请一实施例提供的一种高耐磨的涂液组合物的制备方法；
所述方法包括：
S110、将所述二氧硅烷、所述环氧硅烷以及所述稀释剂混合，加入催化剂反应第一指定时间后干燥，得到所述核壳结构物；
S120、将所述核壳结构物与所述环氧树脂混合，得到所述甲组分；
S130、将氨基硅烷与有机溶剂混合，加入双异氰酸酯反应第二指定时间后干燥，得到所述脲基化合物；
S140、将所述脲基化合物与所述多元胺混合，得到乙组分；
S150、按照指定质量比将所述甲组分、所述乙组分与所述颜填料混合，得到目标涂料组合物。
下面，将对本示例性实施例中一种高耐磨的涂液组合物的制备方法作进一步地说明。
如所述步骤S110和S120所述，将所述二氧硅烷、所述环氧硅烷以及所述稀释剂混合，加入催化剂反应第一指定时间后干燥，得到所述核壳结构物；将所述核壳结构物与所述环氧树脂混合，得到所述甲组分。
作为一种示例，将二氧化硅、环氧硅烷以及稀释剂混合均匀，再慢慢滴入催化剂，反应10~20h后脱除溶剂得到所述核壳结构物，再将核壳结构物和环氧树脂混合均匀后得到甲组分。
需要说明的是，混合程度达到上述混合料在同一反应器互相接触以上即可。
在本实施例中，所述环氧硅烷为kh560和kh561中的一种或一种以上混合物；所述稀释剂为苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；所述环氧树脂为E51、E44和E20中的一种或一种以上混合物；所述催化剂为盐酸、硝酸、醋酸中的一种或一种以上混合物。
如所述步骤S130和S140所述，将氨基硅烷与有机溶剂混合，加入双异氰酸酯反应第二指定时间后干燥，得到所述脲基化合物；将所述脲基化合物与所述多元胺混合，得到乙组分。
作为一种示例，将氨基硅烷和有机溶剂混合均匀，慢慢滴入双异氰酸酯，反应1~5h后脱除溶剂得到脲基化合物，再将脲基化合物和多元胺混合均匀后得到乙组分。
需要说明的是，混合程度达到上述混合料在同一反应器互相接触以上即可。
在本实施例中，所述氨基硅烷为kh550和kh540中的一种或一种以上混合物；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或一种以上混合物；所述双异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或一种以上混合物；所述多元胺为聚酰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、1，6-己二胺、间苯二甲胺、二乙基甲苯二胺中的一种或一种以上混合物。
如所述步骤S150所述，按照指定质量比将所述甲组分、所述乙组分与所述颜填料混合，得到目标涂料组合物。
作为一种示例，将二维纳米填料和其它常规颜填料混合均匀后得到丙组分，并按甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份的比例混合得到高耐磨涂液组合物。
实施例1
一种高耐磨的涂液组合物，按重量份数计算，包括甲组分105份、乙组分45份和丙组分50份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5份以及环氧树脂85份；
所述乙组分为改性固化剂，其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5份和多元胺40份。
实施例2
一种高耐磨的涂液组合物，按重量份数计算，包括甲组分120份、乙组分70份和丙组分150份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物15份以及环氧树脂95份；
所述乙组分为改性固化剂，其中，所述改性固化剂包括脲基化合物15份和多元胺65份。
实施例3
一种高耐磨的涂液组合物，按重量份数计算，包括甲组分110份、乙组分50份和丙组分100份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂15份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物10份以及环氧树脂90份；
所述乙组分为改性固化剂，其中，所述改性固化剂包括脲基化合物10份和多元胺45份。
实施例1-3的实验数据图下表所示，测试标准为：《GB/T 22374-2008 地坪涂装材料》。
通过上表可以看出，本实施例1-3的涂液组合物具有优异的耐磨和耐酸耐碱性能。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种高耐磨涂液组合物及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (7)
1.一种高耐磨的涂液组合物，其特征在于，按重量份数计算，包括甲组分105~120份、乙组分30~70份和丙组分50~150份；其中，所述丙组分为颜填料；
所述甲组分包括改性树脂100份和稀释剂5~20份；其中，所述改性树脂包括环氧硅烷包覆二氧化硅的核壳结构物5~15份以及环氧树脂85~95份；所述核壳结构物的制备方法为：将二氧化硅、环氧硅烷以及稀释剂混合，加入催化剂反应10~20h后干燥，得到所述核壳结构物；
所述乙组分为改性固化剂；其中，所述改性固化剂包括脲基化合物5~15份和多元胺15~65份；所述脲基化合物由氨基硅烷、有机溶剂以及双异氰酸酯组成；所述多元胺为聚酰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、1，6-己二胺、间苯二甲胺、二乙基甲苯二胺中的一种或一种以上混合物；
其中，所述核壳结构物的分子式为O(CHCH2)CH2OC3H6(SiO)3-A；式中，A为二氧化硅，所述核壳结构物的核为二氧化硅，所述核壳结构物的壳为环氧硅烷包覆物；所述脲基化合物的分子式为Si(OR1)3C3H6NHC(=O)NHR2NHC(=O)NHC3H6Si(OR3)3；式中，R1、R3为甲基或乙基中的一种，R2为C6的直链或含脂肪六元环结构。
2.根据权利要求1所述的涂液组合物，其特征在于，所述颜填料包括石墨烯、氮化硼、二硫化钼类二维纳米填料和着色体制颜料；其中，所述着色体制颜料包括钛白、碳化硅、氧化铝、氧化硅、硫酸钡和高岭土中的至少一种。
3.一种如权利要求1所述的高耐磨的涂液组合物的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将所述二氧化硅、所述环氧硅烷以及所述稀释剂混合，加入催化剂反应10~20h后干燥，得到所述核壳结构物；
将所述核壳结构物、所述环氧树脂和所述稀释剂混合，得到所述甲组分；
将氨基硅烷与有机溶剂混合，加入双异氰酸酯反应第二指定时间后干燥，得到所述脲基化合物；
将所述脲基化合物与所述多元胺混合，得到乙组分；
按照指定质量比将所述甲组分、所述乙组分与所述颜填料混合，得到目标涂料组合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环氧硅烷为kh560和kh561中的一种或一种以上混合物；所述氨基硅烷为kh550和kh540中的一种或一种以上混合物。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂为E51、E44和E20中的一种或一种以上混合物。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述稀释剂为苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；所述催化剂为盐酸、硝酸、醋酸中的一种或一种以上混合物。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或一种以上混合物。
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