一種水性瓷膜涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水性瓷膜涂料，其配方包括如下質量百分含量的各組分：硅溶膠分散液45%-55%，硅烷偶聯(lián)劑30%-45%，無機顏料5-15%，氧化鋁填料2-5%，流平劑0.5-1%，低分子量含羥基硅油1-2%，有機酸催化劑1%-1.5%；其中，所述硅溶膠分散液為大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠按照質量比1～3:1混合而成，所述小粒徑硅溶膠的粒徑分布在10～15nm，所述大粒徑硅溶膠的粒徑分布在40～50nm；所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照質量比1～2:1混合而成；所述有機酸催化劑為甲酸、乙酸中的一種或兩種。本發(fā)明提供的水性瓷膜涂料，在鋁合金底材上具有很好的附著力和防水防粘性。
【專利說明】一種水性瓷膜涂料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水性無機涂料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，涂料界大部份用于涂裝的均為有機涂料，水性無機涂料僅限于無機富鋅類或無機磷酸鹽類涂層，該類涂層只有對底層具有防護性，不具有裝飾性功能。
[0003]現(xiàn)用的無機涂料目前主要存在兩弊端:一、目前的無機涂層普遍啞光及半啞光，普遍缺乏裝飾性；二、目前的無機涂層缺乏類似防水性及持久的防粘性。
[0004]因此，開發(fā)一種具有較好光亮度、較好防水性的水性無機涂料實屬必要。

【發(fā)明內容】

[0005]為彌補現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種水性瓷膜涂料，該涂料在鋁合金底材上具有很好的附著力和防水防粘性，可形成具有和普通高溫燒結瓷磚一樣的硬度及光亮度的涂層，而且安全環(huán)保。
[0006]本發(fā)明為達到其目的，采用的技術方案如下:一種水性瓷膜涂料，所述水性瓷膜涂料其配方包括如下質量百分含量的各組分:
[0007]硅溶膠分散液45%_55%，
[0008]硅烷偶聯(lián)劑30%_45%，
[0009]無機顏料5-15%，
[0010]氧化鋁填料2-5%，
[0011]流平劑0.5-1%，
[0012]低分子量含羥基硅油1-2%,
[0013]有機酸催化劑1%-1.5% ；
[0014]其中，所述硅溶膠分散液為大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠按照質量比I~3:1混合而成，所述小粒徑娃溶膠的粒徑分布在10~15nm,所述大粒徑娃溶膠的粒徑分布在40~50nm ;所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照質量比I~2:1混合而成；所述有機酸催化劑為甲酸、乙酸中的一種或兩種。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，40-50nm粒徑范圍的大粒徑溶膠與硅烷偶聯(lián)劑水解縮聚反應后具有非常高的光澤，成膜后的孔隙比更大粒徑溶膠的空隙?。蝗苣z成膜后與底材的接觸面積更大，附著力更好。但是，由于40-50nm溶膠制成的納米涂膜空隙多，涂層仍然易開裂，防水性較差，影響涂層的耐久性。而10-15nm的溶膠制成的納米涂層空隙更小，附著力更好，透水率更低，但由于其成膜后的光澤較低，單獨使用光澤及裝飾性能都比較差。本發(fā)明的配方體系中，把40-50nm和10~15nm兩種粒徑范圍的硅溶膠按照特定比例互配，所獲得水性瓷膜涂料其形成的涂膜不僅光亮度好、附著力強，而且耐水性好。純甲基三甲氧基硅烷水解速度快，反應活性高，制成的涂膜硬度高，光澤好；但反應時放熱劇烈，反應速度難控制，涂料貯存穩(wěn)定性差，所制涂層易開裂，附著力較差。而純甲基三乙氧基硅烷水解速度慢，反應活性低，反應放熱溫和，涂料貯存穩(wěn)定好，涂層附著力好，不易開裂，但光澤相對較低。本發(fā)明的配方體系，將二者按一定比例互配，通過和配方體系中其他組分相互作用，所獲得水性瓷膜涂料其形成的涂膜既有較好的光澤，涂層又不會開裂，附著力也較好。
[0015]所述無機顏料優(yōu)選為符合美國FDA認證的無機顏料。大粒徑硅溶膠例如可以是GRACE的PM50，小粒徑硅溶膠例如可以是GRACE的AM。
[0016]優(yōu)選的，所述小粒徑硅溶膠其PH值為9~11，二氧化硅含量為28~32% (質量)；所述大粒徑硅溶膠其PH值為9~11，二氧化硅含量為25~30% (質量)。本發(fā)明配方體系中，兩種不同粒徑的硅溶膠均優(yōu)選采用PH9~11的堿性硅溶膠，所制成的涂料穩(wěn)定性好，形成的涂層硬度較好；而在本發(fā)明的配方體系中，采用特定二氧化硅含量的兩種粒徑硅溶膠復配，所制得的涂料其涂層在光澤、硬度和附著力方面具有很好的平衡，裝飾效果良好。二氧化硅含量太高，涂層太硬，太脆，附著差。二氧化硅含量太低，涂層軟，硬度差。
[0017]優(yōu)選的，所述的硅烷偶聯(lián)劑中含有的甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷，分別為純度大于99.5%的甲基三甲氧基硅烷和純度大于99.7%的甲基三乙氧基硅烷。
[0018]優(yōu)選的，所述有機酸催化劑為甲酸和乙酸按照質量比I~2:1混合而成。所述的甲酸和乙酸優(yōu)選為分析純級的甲酸 及分析純級的乙酸。甲酸和乙酸均是具有緩沖性的有機酸，其相比普通無機強酸(如硫酸、鹽酸)，酸性更弱，不易與涂料中的金屬氧化物顏填料發(fā)生反應而導致涂層性能變差；其次甲酸和乙酸具有較強的揮發(fā)性，在固化過程中可以從涂層中遷移出，不會在涂層中殘留導致涂層耐久性變差。兩種酸催化又各有區(qū)別，甲酸催化體系形成的涂層光澤更好，催化速度更快，但涂層更脆；乙酸催化體系形成的涂層光澤相對較低，催化速度稍慢，但附著力及穩(wěn)定性更好。本發(fā)明的配方體系中，更為優(yōu)選將甲酸和乙酸按照特定比例互配，在配方體系中和其他組分相互作用，所制得的涂料其形成的涂層的綜合性能更好。
[0019]所述流平劑為親水性聚醚改性硅氧烷流平劑，例如EFKA3580 ;或者所述低分子量含羥基硅油為親水親油型含羥基硅油。
[0020]所述低分子量含羥基硅油為聚二甲基含羥基硅油，例如道康寧的PMX0930。
[0021]所述無機顏料為鐵錳黑。優(yōu)選的，所述鐵錳黑為美國Shepherd公司生產(chǎn)的BLACK430，這種鐵錳黑耐溫可達800°C，符合美國FDA認證，為耐溫無毒顏料。
[0022]優(yōu)選的，所述氧化鋁填料為粒徑在500_800nm的納米級電解氧化鋁，可采用卡博特公司生產(chǎn)的氧化鋁。更小粒徑的氧化鋁難分散到原始粒徑，對涂層的耐磨性未體現(xiàn)出較明顯的幫助；但更大粒徑的氧化鋁比表面積更小，相同添加量下，耐磨性能大打折扣，而添加較多又使涂層光澤變差，使涂層裝飾性變差。綜合耐磨性及裝飾性，在配方體系中更為優(yōu)選采用粒徑500-800nm的氧化鋁，不僅可達到更好的耐磨性，還可達到更好的光澤效果。
[0023]本發(fā)明第二方面提供一種制備如上文所述的水性瓷膜涂料的方法，包括如下步驟:
[0024]I)按照配方稱取各原料；
[0025]2)將大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠在300-500RPM轉速下進行分散；
[0026]3)加入無機顏料、氧化鋁填料，在500-800RPM轉速下分散至細度小于15微米；
[0027]4)在300-500RPM轉速 下加入有機酸催化劑，分散2~5min，加入硅烷偶聯(lián)劑、流平劑、低分子量含羥基硅油，在300-500RPM轉速下分散均勻，制得水性瓷膜涂料。[0028]本發(fā)明的技術方案具有如下有益效果:
[0029]本發(fā)明提供的經(jīng)納米改性的水性瓷膜涂料，其形成的涂層具有普通高溫燒結瓷磚一樣的硬度及光亮度，在鋁合金底材上具有很好的附著力和防水防粘性，而且安全環(huán)保。
[0030]本發(fā)明制得的水性瓷膜涂料在鋁合金底材上噴涂、固化后，硬度可達到7H，光澤能達到80%，在戶外放置I年光澤仍不會下降，并可保持很好的抗粘性，其具有很好的戶外耐久性和抗污染性，具有一般有機涂層所不具備的耐久性，以及具有普通無機涂料所不具有的高光澤及裝飾性。
【具體實施方式】
[0031]下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。 [0032]實施例一
[0033]本例為水性無機瓷膜涂料的制備例，按如下步驟制備:
[0034]I)按如下配方稱取各組分:
[0035]30g粒徑分布在40~50nm的大粒徑娃溶膠、20g粒徑分布在10~15nm的小粒徑硅溶膠、24g甲基三甲氧基硅烷、13g甲基三乙氧基硅烷、6.5g鐵錳黑、3.2g粒徑為500nm的納米氧化鋁、0.6g聚醚改性有機硅烷、1.1g聚二甲基含羥基硅油；甲酸與乙酸按照質量比1:1混合的混合物Ig;
[0036]本例所用大粒徑硅溶膠、小粒徑硅溶膠分別具體可采用GRACE PM50,GRACE AM，所用鐵錳黑具體可用BLACK430 ；
[0037]2)將大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠混合，在300-500RPM轉速下分散3_5min ；向其中加入鐵錳黑、納米氧化鋁，在500-800RPM轉速下分散至細度小于15微米；在300-500RPM轉速下向其中加入甲酸與乙酸的混合物，分散2-5min ;最后加入甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚醚改性有機硅烷、聚二甲基含羥基硅油，在300-500RPM分散4hr后，制得水性無機瓷膜涂料。
[0038]實施例二
[0039]本例為水性無機瓷膜涂料的制備例，按如下步驟制備:
[0040]I)按如下配方稱取各組分:
[0041]35g粒徑分布在40~50nm的大粒徑娃溶膠、16g粒徑分布在10~15nm的小粒徑硅溶膠、22g甲基三甲氧基硅烷、20g甲基三乙氧基硅烷、7.5g鐵錳黑、2.5g粒徑800nm的納米氧化鋁、0.Sg聚醚改性有機硅烷、1.3g聚二甲基含羥基硅油；甲酸與乙酸按照質量比2:1混合的混合物1.5g ;
[0042]本例所用大粒徑硅溶膠、小粒徑硅溶膠分別具體可以采用GRACE PM50,GRACE AM，所用鐵錳黑具體可用BLACK430 ；
[0043]2)將大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠混合，在300-500RPM轉速下分散3_5min ；向其中加入鐵錳黑、納米氧化鋁，在500-800RPM轉速下分散至細度小于15微米；在300-50RPM轉速下加入甲酸與乙酸的混合物，分散2-5min ;最后加入甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚醚改性有機硅烷、聚二甲基含羥基硅油，在300-500RPM分散6hr后，制的水性無機瓷膜涂料。
[0044]實施例1、2所制得的水性瓷膜涂料，分別在鋁合金底材上噴涂、固化后，硬度均可達到7H，光澤能達到80%，在戶外放置I年光澤仍然未下降，并還有很好的抗粘性。
[0045]下表1是本發(fā)明的水性瓷膜涂料與普通涂料性能對比:
[0046]表1
【權利要求】
1.一種水性瓷膜涂料，其特征在于，所述水性瓷膜涂料其配方包括如下質量百分含量的各組分: 硅溶膠分散液45%-55%， 硅烷偶聯(lián)劑30%-45%， 無機顏料5-15%， 氧化鋁填料2-5%， 流平劑0.5-1%， 低分子量含羥基硅油1_2%， 有機酸催化劑1%_1.5% ； 其中，所述硅溶膠分散液為大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠按照質量比I~3:1混合而成，所述小粒徑娃溶膠的粒徑分布在10~15nm,所述大粒徑娃溶膠的粒徑分布在40~50nm ;所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷按照質量比I~2:1混合而成；所述有機酸催化劑為甲酸、乙酸中的一種或兩種。
2.根據(jù)權利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述小粒徑硅溶膠其PH值為9~11，二氧化硅含量為28~32% ;所述大粒徑硅溶膠其PH值為9~11，二氧化硅含量為25 ~30%ο
3.根據(jù)權利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述有機酸催化劑為甲酸和乙酸按照質量比I~2:1混合而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述流平劑為親水性聚醚改性硅氧烷流平劑；或者所述低分子量含羥基硅油為親水親油型含羥基硅油。
5.根據(jù)權利要求4所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述低分子量含羥基硅油為聚二甲基含羥基硅油。
6.根據(jù)權利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述無機顏料為鐵錳黑。
7.根據(jù)權利要求7所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述鐵錳黑為美國Shepherd公司生產(chǎn)的BLACK430。
8.根據(jù)權利要求1所述的水性瓷膜涂料，其特征在于，所述氧化鋁填料為粒徑在500-800nm的電解氧化鋁。
9.一種制備如權利要求1~8任一項所述的水性瓷膜涂料的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)按照配方稱取各原料； 2)將大粒徑硅溶膠和小粒徑硅溶膠在300-500RPM轉速下進行分散； 3)加入無機顏料、氧化鋁填料，在500-800RPM轉速下分散至細度小于15微米； 4)在300-500RPM轉速下加入有機酸催化劑，分散2~5min;加入硅烷偶聯(lián)劑、流平劑、低分子量含羥基硅油，在300-500RPM轉速下分散均勻，制得水性瓷膜涂料。
【文檔編號】C09D1/00GK103725052SQ201410012869
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2014年1月10日
【發(fā)明者】雷煥虎, 朱洪江 申請人:江門四方威凱精細化工有限公司