CN101914344B - 一种无铬水性有机耐指纹涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铬水性有机耐指纹涂料，其各组分的质量份数配比为：水性树脂15-25份；去离子水25-65份；成膜助剂1-2份；润滑助剂5-10份；硅烷偶联剂5-15份；硅溶胶10-20份。相应地，本发明还公开了该无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入成膜助剂；升温至55-60℃，加入水性树脂，搅拌1.5-2h；维持温度不变，接着加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入硅烷偶联剂，搅拌0.5-0.75h；然后降温至40-45℃，加入润滑助剂，搅拌0.5-0.75h；降温至常温，再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料组合物及其制备方法，尤其涉及一种耐指纹涂料及其制备方法。
背景技术
耐指纹板是在镀锌板表面进行耐指纹处理后得到的一种复合涂层板。
耐指纹钢板是最早通过环保认证的材料，因表面用干净的手指触摸不会留下指纹，故而得名“耐指纹”，耐指纹钢板表面光洁、平整，公差小。
耐指纹板的研究和生产起源于日本，在80年代初期进入商品化生产。耐指纹处理最初的目的是为了满足家电领域内用户的要求。在家电生产过程中，由于工序需要，许多部件经工人多次触摸，工人手上的汗渍将在零件表面形成污染，影响美观，由此研究开发了耐指纹板。
最初的耐指纹处理是在镀锌铬酸盐钝化膜上形成一层无机系列膜，一般为硅酸盐膜，由此使钢板表面具有耐指纹性。近年来，用户对镀层产品提出了更高的要求，在耐指纹性的同时，还要求接地性、更高的耐指纹性和涂装性能。由此开发了在镀锌钢板铬酸盐皮膜上形成薄膜型有机复合膜的涂层板。有机型和无机型两种耐指纹钢板的性能不同，有机型耐指纹钢板的耐蚀性和接地性比无机型耐指纹钢板好，但耐指纹性指标却差一些。但这两种耐指纹钢板的耐蚀性都能满足家电行业的要求。
具有耐指纹性的薄有机涂层钢板的主要用途是各种家电产品的内外板，国内目前对耐指纹板需求量最大的是电脑机箱制造业。
耐指纹工艺自20世纪80年代开始由日本首先开发，经历了从含铬(VI)有机溶剂型、含铬(VI)水性树脂型、无铬水性双组份、无铬水性单组份的发展历程。
发明内容
本发明的目的是提供一种无铬水性有机耐指纹涂料及其制备方法，其通过适当的组分配比并辅以适当的制造工艺，使得该水性耐指纹涂料不含金属铬，且具有优良的耐腐蚀性能、耐指纹性、耐碱性和涂装性，同时该涂料的制备工艺简单。
根据本发明的上述目的，本发明提出了一种无铬水性有机耐指纹涂料，其各组分的质量份数配比为：
水性树脂 15-25份；
去离子水 25-65份；
成膜助剂 1-2份；
润滑助剂 5-10份；
硅烷偶联剂 5-15份；
硅溶胶 10-20份。
优选地，所述水性树脂为水性聚氨酯，所述水性聚氨酯具有“-NH-COO-”结构。
水性聚氨酯是以水为分散介质、有机高分子的聚氨酯在水中分散形成透明或不透明的乳状液体。因此，水性聚氨酯是液态的，通常也是涂料工业中的一大门类。水性聚氨酯干燥成膜后，形成性能各异的弹性体，适合不同材料工业上的需要，其成膜性能好、遮盖力强、粘结牢固，涂层的物理性能优异，可大大提高皮膜的各项性能。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。
由于本专利产品应用于钢板表面处理，涂层需要经过冲压、烘烤，相对于丙烯酸树脂与环氧树脂，聚氨酯的优点在于其力学性能优秀，皮膜断裂伸长率大、柔韧性及延展性好，冲压后皮膜不易脱落。同时也有较强的耐热性能。因此，发明人在本技术方案中选取水性聚氨酯。
优选地，所述去离子水的电导率≤5μs/cm。
由于本技术方案对于涂料的防腐性能有较高的要求，因此发明人经过试验发现工业用自来水蒸馏水及电导率＞5μs/cm的去离子水均不能实现本发明的性能要求。
优选地，所述硅溶胶的粒径范围为20nm-30nm。
硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成-SIO-O-SIO-涂膜：IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶胶中的含量低，硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附，同时它的抗污染能力是较强的。由于硅溶胶粒径越小，溶液的稳定性越高，同时成膜性能越好，因此对于本技术方案，发明人经过大量试验的验证选用20nm-30nm范围的硅溶胶。
优选地，所述成膜助剂为醇酯12。
成膜助剂的添加可以有效地降低成膜温度，提高漆膜耐擦洗性，改善颜料均匀性，具有良好的展色性，提高漆膜的附着力，减少漆膜龟裂、剥离。而醇酯12在一般碱性介质中不水解，具有良好的储存稳定性，在温度较低，湿度较大的恶劣条件下，仍有较好的成膜性能。
优选地，所述润滑助剂为水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆。
水性非离子高密度氧化聚乙烯蜡蜡浆具有优异的抗擦伤性能和耐磨性能，其熔点高，硬度大，具有非常好的耐醇性，能够增加涂层的润滑性、拨水性。对于本技术方案，如果水性非离子高密度氧化聚乙烯蜡的粒径小于1um的话会导致颗粒上浮，与底材结合力下降，导致润滑性能下降，因此选用的水性非离子高密度氧化聚乙烯蜡的粒径在1-2um之间。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
在硅烷偶联剂的两类性能互异的基团中，以γ基团最重要，它直接决定硅烷偶联剂的应用效果。只有当γ基团能和对应的基体树脂起反应时，才能提高有机胶粘剂的粘接强度。一般要γ基团能与树脂相溶并能起偶联反应，由于本技术方案选用的是水性聚氨酯，因此必须选择含适当γ基团的硅烷偶联剂。γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷是一种含γ基团的偶联剂，用于多硫化物和聚氨酯的嵌缝胶和密封胶，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃增强的热塑料性树脂等。在本技术方案中，其用于提高聚氨酯皮膜与基体(镀锌层)之间的粘结力，通过分子两端能与无机材质与有机材质反应，起桥梁作用
相应地，本发明还提供了所述无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，依次按照下列步骤进行：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入成膜助剂；升温至55-60℃，加入水性树脂，搅拌1.5-2h；维持温度不变，接着加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入硅烷偶联剂，搅拌0.5-0.75h；然后降温至40-45℃，加入润滑助剂，搅拌0.5-0.75h；降温至常温，再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。
具体实施方式
实施例1-5
按照下列步骤制造本发明所述的无铬水性有机耐指纹涂料：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入成膜助剂；升温至55-60℃，加入水性树脂，搅拌1.5-2h；维持温度不变，接着加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入硅烷，搅拌0.5-0.75h；然后降温至40-45℃，加入润滑助剂，搅拌0.5-0.75h；降温至常温，再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。控制各实施例中涂料的组分配比如表1所示。
表1(质量份数)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 去离子水 | 50 | 30 | 62 | 52 | 42 |
| 醇酯12(成膜助剂) | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 |
| 水性聚氨酯(水性树脂) | 16 | 25 | 15 | 18 | 22 |
| 硅烷偶联剂 | 10 | 15 | 6 | 12 | 8 |
| 硅溶胶 | 11 | 20 | 15 | 16 | 17 |
| 水性乳化蜡(润滑助剂) | 10 | 8 | 6 | 5 | 10 |
需要了解的是，实施例1-5中，去离子水的电导率均≤5μs/cm，硅溶胶的粒径范围为20nm-30nm。
表2为本发明实施例1-5中各涂料的制备工艺参数。
表2
将上述各实施例中的涂料涂敷在钢板上，检测其性能。
其中，按照下列步骤将实施例1-3中所述的涂料涂敷在热镀锌钢板上：取一块210mm×150mm×0.5mm热镀锌钢板，经脱脂→水洗→纯水洗→吹干→涂布实施例1-3中的涂料→烘干(烘干温度120℃)→自然降温，然后做性能检测，检测结果如表3所示。
按照下列步骤将实施例4、5中所述的涂料涂敷在电镀锌钢板上：取一块210mm×150mm×0.5mm电镀锌钢板，经脱脂→水洗→纯水洗→吹干→涂布实施例4-5中的涂料→烘干(烘干温度120℃，时间60s)→自然降温，然后做性能检测，检测结果如表4所示。
表3
表4
由表3和表4可以看出，无论将本发明所述的无铬水性有机耐指纹涂料涂敷于哪种钢板上，其均具有优秀的的耐腐蚀性能和耐指纹性能。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，依次按照下列步骤进行：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入成膜助剂1-2份；升温至55-60℃，加入水性树脂15-25份，搅拌1.5-2h；维持温度不变，接着加入硅溶胶10-20份，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入硅烷偶联剂5-15份，搅拌0.5-0.75h；然后降温至40-45℃，加入润滑助剂5-10份，搅拌0.5-0.75h；降温至常温，再次加入去离子水，搅拌2-2.5h，两次共加入去离子水25-65份。
2.如权利要求1所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述水性树脂为水性聚氨酯，所述水性聚氨酯具有“-NH-COO-”结构。
3.如权利要求1所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述去离子水的电导率≤5μs/cm。
4.如权利要求1所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶的粒径范围为20nm-30nm。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯12。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述润滑助剂为水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆，水性非离子氧化聚乙烯蜡的粒径为1-2μm。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的无铬水性有机耐指纹涂料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
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