本發(fā)明涉及一種耐磨、耐刮擦涂料及其制備方法。
背景技術(shù):
塑料制品表面涂飾后,涂層的耐磨性和耐刮擦性是兩個(gè)重要指標(biāo)。耐磨性和耐刮擦性都與材料的硬度和韌性有關(guān),然而耐磨性是在相同受力條件下材料從母體剝落的程度,其反映的是材料在小應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間作用下的表面性能,而耐刮擦性反映的則是材料在大應(yīng)力短時(shí)間作用下的表面性質(zhì)。目前常用的耐磨涂料通常為含硅涂料,該涂料得到的涂層耐刮擦性依然有待改善。改善涂層耐刮擦性能的方法通常是在涂料中添加耐刮擦劑,例如酰胺類、蠟類潤(rùn)滑劑,然而添加上述耐刮擦劑會(huì)有使用過程中潤(rùn)滑劑析出從而導(dǎo)致涂層發(fā)粘的問題產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種耐磨、耐刮擦涂料及其制備方法,使得涂層具有優(yōu)異的耐磨性和耐刮擦性,且不存在潤(rùn)滑劑析出導(dǎo)致涂層發(fā)粘的問題。
本發(fā)明要求保護(hù)一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30-50重量份堿性硅溶膠、0-10重量份蒸餾水和2-6重量份乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加50-60重量份至少兩個(gè)官能度的烷氧基硅烷,1-3小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度介于60℃-72℃之間,滴加完畢后升溫回流0.5-2小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;
(2)將0.01-0.03重量份碳黑加入到15-20重量份硅烷偶聯(lián)劑中,超聲分散2-3小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6-8重量份聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5-6小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和0-16重量份溶劑,攪拌1-2小時(shí)后得到涂料。
所述堿性硅溶膠顆粒直徑為10-15nm,所述堿性硅溶膠為水性硅溶膠。
所述至少兩個(gè)官能度的烷氧基硅烷選自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的至少一種。
所述溶劑選自乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙酮醇、乙二醇乙醚醋酸酯中的至少一種。
所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一種。
本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
本申請(qǐng)通過在體系中引入碳黑與硅烷偶聯(lián)劑的混合液,以及聚四氟乙烯,大大提高了涂層的耐磨性和耐刮擦性,且不存在潤(rùn)滑劑析出導(dǎo)致涂層發(fā)粘的問題。該涂料可廣泛用于涂覆各種熱塑性塑料,如ABS、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃等。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
實(shí)施例2
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入40g堿性硅溶膠和6g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加55g甲基三甲氧基硅烷,1小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為70℃,滴加完畢后升溫回流2小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm;
(2)將0.01g碳黑加入到17gγ-巰丙基三乙氧基硅烷中,超聲分散3小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和16g乙二醇丁醚,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
實(shí)施例3
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入50g堿性硅溶膠和4g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加50g二甲基二甲氧基硅烷,3小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為65℃,滴加完畢后升溫回流0.5小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為15nm;
(2)將0.03g碳黑加入到20gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中,超聲分散3小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流6小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液,攪拌1小時(shí)后得到涂料。
實(shí)施例4
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入45g堿性硅溶膠、9g蒸餾水和2g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g苯基三乙氧基硅烷,1小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為68℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm;
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-巰丙基甲基二乙氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入7g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
實(shí)施例5
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠、5g蒸餾水和5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加52g甲基三甲氧基硅烷,1小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為15nm;
(2)將0.01g碳黑加入到15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和2g乙二醇丁醚、8g乙二醇乙醚醋酸酯,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
實(shí)施例6
一種耐磨、耐刮擦涂料,其通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入50g堿性硅溶膠、10g蒸餾水和4g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加56g苯基三甲氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為66℃,滴加完畢后升溫回流0.5小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm;
(2)將0.02g碳黑加入到18gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和4g二丙酮醇、8g異丁醇,攪拌1小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例1
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例2
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫至40℃以下得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例3
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫至40℃以下得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯、0.02g碳黑、15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例4
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫至40℃以下得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例5
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)將0.1g碳黑加入到15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
對(duì)比例6
所述涂料通過如下方法制備得到:
(1)在反應(yīng)器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液,升溫使體系的溫度達(dá)到60℃時(shí)開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷,2小時(shí)滴加完畢,滴加過程中控制反應(yīng)體系的溫度為60℃,滴加完畢后升溫回流1小時(shí),冷卻降溫得到反應(yīng)液;其中,堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm;
(2)將0.001g碳黑加入到15gγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中,超聲分散2小時(shí)得到混合液;
(3)在步驟(1)得到的反應(yīng)液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流,體系回流5小時(shí)后降溫,當(dāng)體系的溫度小于40℃時(shí)加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇,攪拌2小時(shí)后得到涂料。
性能檢測(cè):
將實(shí)施例1-6和對(duì)比例1-6中的涂料在有機(jī)玻璃表面制備耐磨涂層。涂料涂裝后表干時(shí)間不小于30min,表干后在80℃-85℃的環(huán)境中烘烤,烘烤時(shí)間不小于120min。對(duì)涂層的耐磨、耐刮擦性能進(jìn)行測(cè)試。
1.耐磨性:
采用《漆膜耐磨性測(cè)定法(GB/T1768-79(89))》和《實(shí)木復(fù)合地板(GB/T18103-2000)》兩者結(jié)合檢測(cè)試件表面的耐磨性。
采用磨耗儀(JM-IV型,上?,F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)研究所),使用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法(GB/T15102-1994附錄A),分別以經(jīng)規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)研磨后涂層質(zhì)量損耗(失重法)的平均值,
或以磨損同一厚度涂層所需的平均研磨轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)數(shù)法)二種方法表示與評(píng)價(jià)耐磨性。
2.耐刮擦性
2.1耐刮擦性(指甲劃痕)
將涂層的表面用指甲刮劃10個(gè)來回,目視觀察表面,按照以下的基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
○:刮劃后痕跡消失,耐劃傷性高
△:刮劃后殘留有少許痕跡,耐劃傷性稍微低,但是實(shí)用上沒有問題
×:刮劃后殘留有痕跡,耐劃傷性低,實(shí)用上有問題
2.2耐刮擦性(鋼絲棉)
對(duì)涂層的表面,用鋼絲棉(#0000)以荷載1.5kgf摩擦10個(gè)來回,目視觀察表面,按照以下的基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
○:摩擦后傷跡消失,耐劃傷性高
△:摩擦后殘留有少許傷跡,耐劃傷性稍微低,但是實(shí)用上沒有問題
×:摩擦后殘留有傷跡,耐劃傷性低,實(shí)用上有問題
涂層的耐磨、耐刮擦性能見表1
表1涂層的耐磨性和耐刮擦性對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果
由表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)比例4的涂料中不含碳黑和聚四氟乙烯,對(duì)比例1的涂料中不含碳黑,對(duì)比例2的涂料中不含聚四氟乙烯,對(duì)比例3涂料的原料與實(shí)施例1相同,但是制備方法不同,對(duì)比例5-6的涂料中碳黑的用量未落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi),與上述對(duì)比例相比,本申請(qǐng)實(shí)施例1-6中的涂料得到的涂層具有優(yōu)異的耐磨性和耐劃傷性。