一种水性瓷膜涂料及其制备方法转让专利
申请号 : CN201410012869.8
文献号 : CN103725052B
文献日 : 2016-02-03
发明人 : 雷焕虎 , 朱洪江
申请人 : 江门四方威凯精细化工有限公司
摘要 :
本发明提供一种水性瓷膜涂料，其配方包括如下质量百分含量的各组分：硅溶胶分散液45%-55%，硅烷偶联剂30%-45%，无机颜料5-15%，氧化铝填料2-5%，流平剂0.5-1%，低分子量含羟基硅油1-2%，有机酸催化剂1%-1.5%；其中，所述硅溶胶分散液为大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶按照质量比1～3:1混合而成，所述小粒径硅溶胶的粒径分布在10～15nm，所述大粒径硅溶胶的粒径分布在40～50nm；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照质量比1～2:1混合而成；所述有机酸催化剂为甲酸、乙酸中的一种或两种。本发明提供的水性瓷膜涂料，在铝合金底材上具有很好的附着力和防水防粘性。
权利要求 :
1.一种水性瓷膜涂料，其特征在于，所述水性瓷膜涂料其配方包括如下质量百分含量的各组分：硅溶胶分散液45％-55％，所述硅溶胶分散液为大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶按照质量比1～3:1混合而成，所述小粒径硅溶胶的粒径分布在10～15nm，所述大粒径硅溶胶的粒径分布在40～50nm；所述小粒径硅溶胶其PH值为9～11，二氧化硅含量为28～32％；
所述大粒径硅溶胶其PH值为9～11，二氧化硅含量为25～30％；
硅烷偶联剂30％-45％，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照质量比1～2:1混合而成；
无机颜料5-15％，
氧化铝填料2-5％，
流平剂0.5-1％，
低分子量含羟基硅油1-2％，
有机酸催化剂1％-1.5％；所述有机酸催化剂为甲酸和乙酸按照质量比1～2:1混合而成。
2.根据权利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述流平剂为亲水性聚醚改性硅氧烷流平剂；或者所述低分子量含羟基硅油为亲水亲油型含羟基硅油。
3.根据权利要求2所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述低分子量含羟基硅油为聚二甲基含羟基硅油。
4.根据权利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述无机颜料为铁锰黑。
5.根据权利要求4所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述铁锰黑为美国Shepherd公司生产的BLACK430。
6.根据权利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述氧化铝填料为粒径在
500-800nm的电解氧化铝。
7.一种制备如权利要求1～6任一项所述的水性瓷膜涂料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照配方称取各原料；
2)将大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶在300-500RPM转速下进行分散；
3)加入无机颜料、氧化铝填料，在500-800RPM转速下分散至细度小于15微米；
4)在300-500RPM转速下加入有机酸催化剂，分散2～5min；加入硅烷偶联剂、流平剂、低分子量含羟基硅油，在300-500RPM转速下分散均匀，制得水性瓷膜涂料。
说明书 :
一种水性瓷膜涂料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水性无机涂料技术领域。
背景技术
[0002] 目前，涂料界大部份用于涂装的均为有机涂料，水性无机涂料仅限于无机富锌类或无机磷酸盐类涂层，该类涂层只有对底层具有防护性，不具有装饰性功能。
[0003] 现用的无机涂料目前主要存在两弊端：一、目前的无机涂层普遍哑光及半哑光，普遍缺乏装饰性；二、目前的无机涂层缺乏类似防水性及持久的防粘性。
[0004] 因此，开发一种具有较好光亮度、较好防水性的水性无机涂料实属必要。
发明内容
[0005] 为弥补现有技术的不足，本发明提供一种水性瓷膜涂料，该涂料在铝合金底材上具有很好的附着力和防水防粘性，可形成具有和普通高温烧结瓷砖一样的硬度及光亮度的涂层，而且安全环保。
[0006] 本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：一种水性瓷膜涂料，所述水性瓷膜涂料其配方包括如下质量百分含量的各组分：
[0007] 硅溶胶分散液45%-55%，
[0008] 硅烷偶联剂30%-45%，
[0009] 无机颜料5-15%，
[0010] 氧化铝填料2-5%，
[0011] 流平剂0.5-1%，
[0012] 低分子量含羟基硅油1-2%，
[0013] 有机酸催化剂1%-1.5%；
[0014] 其中，所述硅溶胶分散液为大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶按照质量比1～3:1混合而成，所述小粒径硅溶胶的粒径分布在10～15nm，所述大粒径硅溶胶的粒径分布在40～50nm；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照质量比1～2:1混合而成；所述有机酸催化剂为甲酸、乙酸中的一种或两种。本申请的发明人发现，40-50nm粒径范围的大粒径溶胶与硅烷偶联剂水解缩聚反应后具有非常高的光泽，成膜后的孔隙比更大粒径溶胶的空隙小；溶胶成膜后与底材的接触面积更大，附着力更好。但是，由于
40-50nm溶胶制成的纳米涂膜空隙多，涂层仍然易开裂，防水性较差，影响涂层的耐久性。
而10-15nm的溶胶制成的纳米涂层空隙更小，附着力更好，透水率更低，但由于其成膜后的光泽较低，单独使用光泽及装饰性能都比较差。本发明的配方体系中，把40-50nm和10～
15nm两种粒径范围的硅溶胶按照特定比例互配，所获得水性瓷膜涂料其形成的涂膜不仅光亮度好、附着力强，而且耐水性好。纯甲基三甲氧基硅烷水解速度快，反应活性高，制成的涂膜硬度高，光泽好；但反应时放热剧烈，反应速度难控制，涂料贮存稳定性差，所制涂层易开裂，附着力较差。而纯甲基三乙氧基硅烷水解速度慢，反应活性低，反应放热温和，涂料贮存稳定好，涂层附着力好，不易开裂，但光泽相对较低。本发明的配方体系，将二者按一定比例互配，通过和配方体系中其他组分相互作用，所获得水性瓷膜涂料其形成的涂膜既有较好的光泽，涂层又不会开裂，附着力也较好。
40-50nm溶胶制成的纳米涂膜空隙多，涂层仍然易开裂，防水性较差，影响涂层的耐久性。
而10-15nm的溶胶制成的纳米涂层空隙更小，附着力更好，透水率更低，但由于其成膜后的光泽较低，单独使用光泽及装饰性能都比较差。本发明的配方体系中，把40-50nm和10～
15nm两种粒径范围的硅溶胶按照特定比例互配，所获得水性瓷膜涂料其形成的涂膜不仅光亮度好、附着力强，而且耐水性好。纯甲基三甲氧基硅烷水解速度快，反应活性高，制成的涂膜硬度高，光泽好；但反应时放热剧烈，反应速度难控制，涂料贮存稳定性差，所制涂层易开裂，附着力较差。而纯甲基三乙氧基硅烷水解速度慢，反应活性低，反应放热温和，涂料贮存稳定好，涂层附着力好，不易开裂，但光泽相对较低。本发明的配方体系，将二者按一定比例互配，通过和配方体系中其他组分相互作用，所获得水性瓷膜涂料其形成的涂膜既有较好的光泽，涂层又不会开裂，附着力也较好。
[0015] 所述无机颜料优选为符合美国FDA认证的无机颜料。大粒径硅溶胶例如可以是GRACE的PM50，小粒径硅溶胶例如可以是GRACE的AM。
[0016] 优选的，所述小粒径硅溶胶其PH值为9～11，二氧化硅含量为28～32%（质量）；所述大粒径硅溶胶其PH值为9～11，二氧化硅含量为25～30%（质量）。本发明配方体系中，两种不同粒径的硅溶胶均优选采用PH9～11的碱性硅溶胶，所制成的涂料稳定性好，形成的涂层硬度较好；而在本发明的配方体系中，采用特定二氧化硅含量的两种粒径硅溶胶复配，所制得的涂料其涂层在光泽、硬度和附着力方面具有很好的平衡，装饰效果良好。二氧化硅含量太高，涂层太硬，太脆，附着差。二氧化硅含量太低，涂层软，硬度差。
[0017] 优选的，所述的硅烷偶联剂中含有的甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷，分别为纯度大于99.5%的甲基三甲氧基硅烷和纯度大于99.7%的甲基三乙氧基硅烷。
[0018] 优选的，所述有机酸催化剂为甲酸和乙酸按照质量比1～2:1混合而成。所述的甲酸和乙酸优选为分析纯级的甲酸及分析纯级的乙酸。甲酸和乙酸均是具有缓冲性的有机酸，其相比普通无机强酸（如硫酸、盐酸），酸性更弱，不易与涂料中的金属氧化物颜填料发生反应而导致涂层性能变差；其次甲酸和乙酸具有较强的挥发性，在固化过程中可以从涂层中迁移出，不会在涂层中残留导致涂层耐久性变差。两种酸催化又各有区别，甲酸催化体系形成的涂层光泽更好，催化速度更快，但涂层更脆；乙酸催化体系形成的涂层光泽相对较低，催化速度稍慢，但附着力及稳定性更好。本发明的配方体系中，更为优选将甲酸和乙酸按照特定比例互配，在配方体系中和其他组分相互作用，所制得的涂料其形成的涂层的综合性能更好。
[0019] 所述流平剂为亲水性聚醚改性硅氧烷流平剂，例如EFKA3580；或者所述低分子量含羟基硅油为亲水亲油型含羟基硅油。
[0020] 所述低分子量含羟基硅油为聚二甲基含羟基硅油，例如道康宁的PMX0930。
[0021] 所述无机颜料为铁锰黑。优选的，所述铁锰黑为美国Shepherd公司生产的BLACK430，这种铁锰黑耐温可达800℃，符合美国FDA认证，为耐温无毒颜料。
[0022] 优选的，所述氧化铝填料为粒径在500-800nm的纳米级电解氧化铝，可采用卡博特公司生产的氧化铝。更小粒径的氧化铝难分散到原始粒径，对涂层的耐磨性未体现出较明显的帮助；但更大粒径的氧化铝比表面积更小，相同添加量下，耐磨性能大打折扣，而添加较多又使涂层光泽变差，使涂层装饰性变差。综合耐磨性及装饰性，在配方体系中更为优选采用粒径500-800nm的氧化铝，不仅可达到更好的耐磨性，还可达到更好的光泽效果。
[0023] 本发明第二方面提供一种制备如上文所述的水性瓷膜涂料的方法，包括如下步骤：
[0024] 1）按照配方称取各原料；
[0025] 2）将大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶在300-500RPM转速下进行分散；
[0026] 3）加入无机颜料、氧化铝填料，在500-800RPM转速下分散至细度小于15微米；
[0027] 4）在300-500RPM转速下加入有机酸催化剂，分散2～5min，加入硅烷偶联剂、流平剂、低分子量含羟基硅油，在300-500RPM转速下分散均匀，制得水性瓷膜涂料。
[0028] 本发明的技术方案具有如下有益效果：
[0029] 本发明提供的经纳米改性的水性瓷膜涂料，其形成的涂层具有普通高温烧结瓷砖一样的硬度及光亮度，在铝合金底材上具有很好的附着力和防水防粘性，而且安全环保。
[0030] 本发明制得的水性瓷膜涂料在铝合金底材上喷涂、固化后，硬度可达到7H，光泽能达到80%，在户外放置1年光泽仍不会下降，并可保持很好的抗粘性，其具有很好的户外耐久性和抗污染性，具有一般有机涂层所不具备的耐久性，以及具有普通无机涂料所不具有的高光泽及装饰性。
具体实施方式
[0031] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0032] 实施例一
[0033] 本例为水性无机瓷膜涂料的制备例，按如下步骤制备：
[0034] 1）按如下配方称取各组分：
[0035] 30g粒径分布在40～50nm的大粒径硅溶胶、20g粒径分布在10～15nm的小粒径硅溶胶、24g甲基三甲氧基硅烷、13g甲基三乙氧基硅烷、6.5g铁锰黑、3.2g粒径为500nm的纳米氧化铝、0.6g聚醚改性有机硅烷、1.1g聚二甲基含羟基硅油；甲酸与乙酸按照质量比1:1混合的混合物1g；
[0036] 本例所用大粒径硅溶胶、小粒径硅溶胶分别具体可采用GRACE PM50、GRACE AM，所用铁锰黑具体可用BLACK430；
[0037] 2）将大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶混合，在300-500RPM转速下分散3-5min；向其中加入铁锰黑、纳米氧化铝，在500-800RPM转速下分散至细度小于15微米；在300-500RPM转速下向其中加入甲酸与乙酸的混合物，分散2-5min；最后加入甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚醚改性有机硅烷、聚二甲基含羟基硅油，在300-500RPM分散4hr后，制得水性无机瓷膜涂料。
[0038] 实施例二
[0039] 本例为水性无机瓷膜涂料的制备例，按如下步骤制备：
[0040] 1）按如下配方称取各组分：
[0041] 35g粒径分布在40～50nm的大粒径硅溶胶、16g粒径分布在10～15nm的小粒径硅溶胶、22g甲基三甲氧基硅烷、20g甲基三乙氧基硅烷、7.5g铁锰黑、2.5g粒径800nm的纳米氧化铝、0.8g聚醚改性有机硅烷、1.3g聚二甲基含羟基硅油；甲酸与乙酸按照质量比2:1混合的混合物1.5g；
[0042] 本例所用大粒径硅溶胶、小粒径硅溶胶分别具体可以采用GRACE PM50、GRACE AM，所用铁锰黑具体可用BLACK430；
[0043] 2）将大粒径硅溶胶和小粒径硅溶胶混合，在300-500RPM转速下分散3-5min；向其中加入铁锰黑、纳米氧化铝，在500-800RPM转速下分散至细度小于15微米；在300-50RPM转速下加入甲酸与乙酸的混合物，分散2-5min；最后加入甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚醚改性有机硅烷、聚二甲基含羟基硅油，在300-500RPM分散6hr后，制的水性无机瓷膜涂料。
[0044] 实施例1、2所制得的水性瓷膜涂料，分别在铝合金底材上喷涂、固化后，硬度均可