CN1227309C - 纳米透明耐磨复合涂料 - Google Patents
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Abstract
纳米透明耐磨复合涂料，包括由成膜物高分子树脂、三氧化二铝纳米粉体、涂料助剂、溶剂、稀释剂以及固化剂组成的双组份复合涂料和由水性高分子树脂、三氧化二铝纳米粉体、涂料助剂、稀释剂水组成的单组份复合涂料。该涂料可涂于树脂，金属、木材表面，具有附着力强，涂层薄，透明，耐磨，屏蔽紫外线及耐老化等特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种可涂于树脂、金属、木材表面的纳米透明耐磨复合涂料。
背景技术
研究一种可涂于树脂、金属、木材表面的透明耐磨涂料以提高透明树脂或木地板及家具表面的耐磨性耐老化性是国内外涂料行业一直追求的目标。为此已有专利申请，如申请号为95101913.9的中国专利“耐磨涂料”，采用了一种多官能团的丙烯酯聚合物等制成耐磨地板涂料，但该涂料组分中使用的是胶体二氧化硅，其耐磨性有限。
世界专利WO0245129(含有表面修饰纳米粉体的透明耐磨涂层)讲述了一种含有纳米粉体的透明耐磨涂层复合物的制备方法。该涂料是采用硅氧烷类表面处理的纳米粉体与交联树脂复合制成透明耐磨涂层，所用的交联树脂主要是一种聚硅氧烷星型接枝聚合物，其最终的涂膜性质未见有紫外光屏蔽性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，选用纳米粉体材料与高性能的成膜物高分子树脂复合出一种具有更佳透明性和耐磨性且能够屏蔽紫外光具有耐老化性的纳米复合涂料。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种纳米透明耐磨复合涂料，包括双组份纳米透明耐磨复合涂料和单组份水性纳米透明耐磨复合涂料。
双组份复合涂料由以下组份按其重量比组合而成：
组份 重量比
成膜物高分子树脂 25-60
三氧化二铝纳米粉体 1-15
涂料助剂 适量
溶剂 1-20
稀释剂二甲苯 1-25
固化剂 25-40
其中的成膜物高分子树脂为下列四种之一：饱和羟基聚酯树脂，羟基丙烯酸树脂，环氧树脂，醇酸树脂；其中的固化剂为与四种成膜物高分子树脂对应的下列四种之一：六亚甲基二异氰酸酯三聚体聚氨酯固化剂，聚酰胺类环氧固化剂，芳香族异氰酸酯固化剂，聚氨酯类固化剂；其中的三氧化二铝纳米粉体为γ型、粒径范围10-60nm、经由硬脂酸进行表面亲油改性的亲油型三氧化二铝纳米粉体；其中的涂料助剂包括润湿分散剂、流平剂、消泡剂的一种以上，其中的润湿分散剂为聚丙烯酸铵盐类阴离子型润湿分散剂、高分子羧酸与聚酯混合物的水或溶剂体系通用润湿分散剂、电中性聚硫胺与聚酯混合物润湿分散剂，其中的流平剂为非反应型聚醚改性聚硅氧烷，其中的消泡剂为改性聚硅氧烷；其中的溶剂包括乙酸丁酯，丁酮，环己酮的一种或一种以上。
单组份复合涂料由以下组份按其重量比组合而成：
组份 重量比
水性高分子树脂 10-30
三氧化二铝纳米粉体 2-10
涂料助剂 1-3
稀释剂水 60-80
其中的水性高分子树脂为水性聚氨酯树脂或者水性硅丙树脂。其中的三氧化二铝纳米粉体为γ型、粒径范围10-60nm的亲水型三氧化二铝纳米粉体；其中的涂料助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂的一种以上，分散剂为聚丙烯酸铵盐类阴离子型分散剂和高分子羧酸与聚酯混合物的水或溶剂体系通用分散剂，流平剂为丙烯酸共聚物，消泡剂为非硅酮含疏水粒子矿物油混合物。
本发明双组份复合涂料的制备工艺如下：先用硬酯酸对三氧化二铝纳米粉体进行表面亲油改性处理，再用砂磨、分散、搅拌多用机按配方高速分散纳米粉体粒子于溶剂、稀释剂的混合溶剂中，然后加入成膜物高分子树脂溶液继续高速搅拌，直至粒子在体系中均匀分散，制得湿浆型甲组份。将固化剂和混合溶剂按配方分散混合，制得乙组份。使用时，将甲组份与乙组份以2∶1或3∶1的比例混合，搅拌均匀，即制得双组份的本发明纳米透明耐磨复合涂料。
本发明单组份复合涂料的制备工艺如下：按配方将亲水型三氧化二铝纳米粉体分散到涂料助剂和稀释剂水中，制得纳米三氧化二铝湿浆，再按配方加入水性高分子树脂和涂料助剂，混合均匀即制得单组份的本发明纳米透明耐磨复合涂料。
本发明的有益效果如下：参照有关国家标准，对本发明纳米透明耐磨涂料的基本性能进行测定，结果证明本发明涂料所形成的涂层硬度能达到3H级；涂膜厚度可为12-60μm；透光性能为在可见光范围内平均透过率大于80％，对于波长200-400nm的紫外光的屏蔽率大于50％；三氧化二铝纳米粉体(以下简称纳米氧化铝)对涂膜耐磨性的改进作用显著，在醇酸树脂涂料中添加5％的纳米氧化铝使涂膜的耐磨性提高了109％，若与有机玻璃的耐磨性作比较，则添加5％纳米氧化铝的纳米复合涂料是底材有机玻璃的抗耐磨性的4.18倍。因此本发明复合涂料具有附着力强，涂层薄，透明，耐磨，屏蔽紫外线及耐老化等特性。
附图说明
图1为添加不同含量三氧化二铝纳米粉体对本发明涂料透明性及紫外屏蔽性影响的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和有关图、表对本发明进行详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
用硬酯酸对三氧化二铝纳米粉体进行表面亲油改性处理的实施例。其方法是：将2.5g硬脂酸先在100g二甲苯中溶解，加入10g的三氧化二铝后，在自制的四口平底玻璃反应容器中5000转/分高速搅拌，并升温至100℃，反应1小时。反应完成后在离心分离机中4000转/分进行分离10分钟，倒掉上部的清液，用甲苯洗涤，再4000转/分离心分离，移去上层清液，洗涤三次，置于80℃烘箱中，烘烤5小时，密封放置备用。
制备双组份复合涂料的实施例。用SFJ-400砂磨、分散、搅拌多用机按配方高速分散三氧化二铝纳米粉体粒子于溶剂、稀释剂的混合溶剂中，在转速为5000转/分条件下分散1小时后，继续与成膜物高分子树脂溶液高速搅拌1小时直至粒子在体系中均匀分散，制得涂料甲组份。固化剂和醋酸丁酯等溶剂按配方分散混合，制得乙组份。使用时，将甲组份与乙组份以2∶∶1或3∶1混合，搅拌均匀，即制得双组份本发明纳米透明耐磨复合涂料。
制备单组份复合涂料的实施例。取三氧化二铝纳米粉体材料4份，分散剂0.5份，消泡剂0.3份，去离子水74份，调节分散液的酸碱度为PH＝9，用超声波分散法分散30分钟，制得纳米三氧化二铝分散液。再将水性聚氨酯20份，流平剂0.2份加入其中，混合均匀，即制得单组份本发明纳米透明耐磨复合涂料。
使用XB线棒涂布器涂布规定厚度(涂膜厚度为12-60μm)的湿膜，待涂膜干燥后进行各种性能测定。
本发明给出双组份复合涂料的组成的四个实施例，如表1所示：
表1
| 重量比 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 |
| 成份甲组份：羟基丙稀酸树脂(FX3060)饱和羟基聚酯树脂(PE8043)环氧树脂(E-44)醇酸树脂(3880)三氧化二铝(Oxide C)润湿分散剂(902)流平剂(810)消泡剂(5300)二甲苯乙酸丁酯乙组份：固化剂190(固含量90％)固化剂740(固含量40％) | 501012.70.36413 | 458.520.20.38618 | 409.510.20.385 | 459.520.20.385 |
| 聚酰胺65PU固化剂775乙酸丁酯 | 13 | 12 | 2511 | 255 |
本发明给出单组份复合涂料的组成的四个实施例，如表2所示：
表2
| 成份 重量比 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 |
| 水性聚氨酯树脂水性硅丙树脂三氧化二铝纳米粉体(Oxide C)分散剂(DP-518)流平剂(802)消泡剂(082)去离子水 | 204.510.20.374 | 159.510.20.374 | 1112.510.30.275 | 252.510.30.271 |
由本发明所述的纳米透明耐磨复合涂料所形成的涂层不仅具有透明和耐磨性，还具有良好的紫外屏蔽性和耐老化性。其耐磨性见表3、表4、表5，透明性及紫外屏蔽性如图1所示。
参照有关国家标准，对纳米透明耐磨透明涂料的基本性能进行测定，测试结果如表6所示。
由表3、表4表明，三氧化二铝纳米粉体(以下简称纳米氧化铝)对涂膜耐磨性的改进作用显著，在醇酸树脂涂料中添加5％的纳米氧化铝使涂膜的耐磨性提高了109％(以500转时的失重计算)。若与有机玻璃的耐磨性作比较(其在500转时的失重为0.0092)，则添加5％纳米氧化铝的纳米复合涂料是底材有机玻璃的抗耐磨性的4.18倍。同样的方法计算在聚酯树脂中添加不同含量纳米氧化铝的磨损失重，则添加15％纳米氧化铝的纳米复合涂料是底材有机玻璃的抗耐磨性的2.78倍。由表5表明，在水性聚氨酯涂料中添加4％的纳米氧化铝使涂膜的耐磨性提高了124％(以500转时的失重计算)。若与有机玻璃的耐磨性作比较(其在500转时的失重为0.0092)，则添加4％纳米氧化铝的纳米复合涂料是底材有机玻璃的抗耐磨性的3.68倍。
由图1看出，本发明涂料在可见光范围内平均透过率在80％以上，对于200-400波长的紫外光的屏蔽率在50％以上。图中标号1-4分别代表饱和羟基聚酯树脂加2％、5％、10％、15％三氧化二铝纳米粉体的涂料。对本发明单组份复合涂料的透明性及紫外屏蔽性的试验结果与双组份的相同。
表3在醇酸树脂中添加不同含量三氧化二铝纳米粉体的磨损失重
表4在聚酯树脂中添加不同含量三氧化二铝纳米粉体的磨损失重
表5在水性聚氨酯中添加不同含量纳米三氧化二铝的磨损失重
表6溶剂型纳米耐磨透明涂料性能检验结果
| 检验项目 | 指标 | 检验结果 | 参照标准 |
| 原漆外观 | 半透明乳白液体 | ||
| 粘度(涂-4杯)(s) | 15～25 | 23 | GB/T1723-93 |
| 固体含量(％)≥ | 10 | 45 | GB/T6751-86 |
| 附着力，级(划圈法) ≤ | 2 | 0～1 | GB/9286-88 |
| 耐水性(浸24h) | 不起泡不脱落，允许轻微发白 | 无变化 | GB/T1733-93 |
| 柔韧性(mm) | 2 | 1 | GB/T1731-93 |
Claims (10)
1、一种纳米透明耐磨复合涂料，其特征是双组份复合涂料由以下组份按其重量比组合而成：
组份 重量比
成膜物高分子树脂 25-60
三氧化二铝纳米粉体 1-15
涂料助剂 适量
溶剂 1-20
稀释剂二甲苯 1-25
固化剂 25-40
所述的成膜物高分子树脂、三氧化二铝纳米粉体、涂料助剂、溶剂、稀释剂二甲苯为甲组份，所述的固化剂为乙组份；所述的成膜物高分子树脂为下列四种之一：饱和羟基聚酯树脂，羟基丙烯酸树脂，环氧树脂，醇酸树脂；所述的固化剂为与四种成膜物高分子树脂对应的下列四种之一：六亚甲基二异氰酸酯三聚体聚氨酯固化剂，聚酰胺类环氧固化剂，芳香族异氰酸酯固化剂，聚氨酯类固化剂。
2、根据权利要求1所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的三氧化二铝纳米粉体为经由硬脂酸进行表面亲油改性的亲油型三氧化二铝纳米粉体。
3、根据权利要求2所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的三氧化二铝纳米粉体为γ型、粒径范围10-60nm的亲油型三氧化二铝纳米粉体。
4、根据权利要求1所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的涂料助剂包括润湿分散剂、流平剂、消泡剂的一种以上。
5、根据权利要求4所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的润湿分散剂为聚丙烯酸铵盐类阴离子型润湿分散剂、高分子羧酸与聚酯混合物的水或溶剂体系通用润湿分散剂、电中性聚硫胺与聚酯混合物润湿分散剂，所述的流平剂为非反应型聚醚改性聚硅氧烷，所述的消泡剂为改性聚硅氧烷。
6、根据权利要求1所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的溶剂包括乙酸丁酯，丁酮，环己酮的一种或一种以上。
7、一种纳米透明耐磨复合涂料，其特征是水性单组份复合涂料由以下组份按其重量比组合而成：
组份 重量比
水性高分子树脂 10-30
三氧化二铝纳米粉体 2-10
涂料助剂 1-3
稀释剂水 60-80
其中的水性高分子树脂为水性聚氨酯树脂或者水性硅丙树脂，其中的三氧化二铝纳米粉体为亲水型三氧化二铝纳米粉体。
8、根据权利要求7所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的三氧化二铝纳米粉体为γ型、粒径范围10-60nm的亲水型三氧化二铝纳米粉体。
9、根据权利要求7所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的涂料助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂的一种以上。
10、根据权利要求9所述的纳米透明耐磨复合涂料，其特征是所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐类阴离子型分散剂和高分子羧酸与聚酯混合物的水或溶剂体系通用分散剂，所述的流平剂为丙烯酸共聚物，所述的消泡剂为非硅酮含疏水粒子矿物油混合物。
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