一种水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆及其制备方法。

背景技术

对面漆进行罩光清漆的涂装，可以增强涂层的光泽、丰满度及保护性能。罩光清漆对面漆要有较好的结合力，漆膜应具有较好的硬度、光泽和与面漆相匹配的耐候性、耐腐蚀性。现有罩光清漆在光泽、手感以及硬度和防刮性能方面难以达到综合优良的状态。

CN201711282455.7公开了强化耐候罩光清漆及其制备方法与应用，由主剂和硬化剂组成，其中主剂与硬化剂的重量份数为100∶30～100∶50。主剂通过使用丙烯酸聚氨酯树脂配以填料、催化剂、消泡剂、流平剂、光吸收剂、光稳定剂、溶剂等材料再配合硬化剂的聚异氰酸酯、吸水剂、溶剂等制成强化耐候罩光清漆。该罩光清漆可在自干或中低温烘烤条件下涂于配套的涂料涂层上，一次涂装漆膜厚度在30～40μm。该罩光清漆强化了原配套涂层的耐候性，解决了一般罩光清漆只具有装饰性不能有效强化涂层耐候性的问题，但在硬度和耐刮性方面欠缺。

CN201710842980.3公开了一种门业用水性罩光清漆，其组分和质量百分比如下：水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂中的任一种60～80、氨基树脂6～12、流变改性助剂1～5、润湿分散助剂0.1～1、助溶剂2～6、去离子水8～20；还包括消泡剂，质量百分比含量为0.1～0.5％；还包括pH调节剂，质量百分比含量为0.2～1.0％；还包括流平剂，质量百分比含量为0.2～1.0％。上述单组分水性烤漆，虽然硬度有所提高，但是抗划性能依然有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆，具备高光泽，光滑手感，抗划伤，高硬度等优点。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆，包括如下重量份的原料：

水性硅酸钾 20-40份

水性聚氨酯分散体 20-30份

水性硅酸钠 20-30份

纳米二氧化硅分散液 2-4份

偶联剂 4-6份

pH调节剂 0-1份

消泡剂 0-1份

润湿剂 0-1份

流平剂 0-1份

增稠剂 0-0.5份。

发明人研究发现，在涂料中添加纳米二氧化硅可以改善涂膜性能，如提高涂膜的耐刮擦性、耐磨性和硬度。主要是因为纳米二氧化硅既具备无机物亲水、高硬度的特性，同时其自身的纳米结构又能有效包覆分散于成膜材料的粒子间。德固萨公司利用硅氧烷包埋纳米粒子开发出了抗刮擦丙烯酸纳米涂料，此类涂料的抗刮擦性能好，耐磨性是无机清漆体系的5倍。研究发现，添加少量的纳米SiO

本发明在采用水性硅酸钾、水性聚氨酯分散体和水性硅酸钠作为有机无机复合粘结料的基础上，再采用纳米二氧化硅分散液作为添加剂，加入偶联剂与其反应，改善二氧化硅的分散性，使有机无机组分相容性好，从而开发出满足无机罩面清漆市场的具有高硬度和优良耐刮伤性能的水性无机亮光产品。本发明水性硅酸钾、水性聚氨酯分散体和水性硅酸钠的选择复配，是发明人通过理论和实践进行的特异性优选，硅酸钾硬度好防火性好，聚氨酯树脂分散液，光泽高，硅酸钠抗划伤防火性好。三者复配，达到组合优化的效果，耐火、亮光、抗划伤。

将无机-有机杂化技术应用到水性无机矿物亮光清漆的制备中，能够增加清漆的透明性，发生化学反应后漆膜硬度增强，在水性硅酸钾、水性硅酸钠和水性聚氨酯树脂分散体复配的基础上，合理杂化纳米二氧化硅分散液，解决相容性问题，从而制得高硬度(4H)的水性无机矿物复合亮光清漆产品。

缔合型聚氨酯类增稠剂具有快速增稠的能力，改善表面流平性能的流平特性以及添加量少等优点。聚氨酯类增稠剂分子上同时具有亲水和疏水基团，疏水基团与涂膜的基体有较强的亲和性，可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合，不会产生絮凝，因而可使涂膜光滑，有较高的光泽度。缔合型聚氨酯类增稠剂的缔合结构在剪切力的作用下受到破坏，黏度降低，当剪切力消失黏度又可恢复，可防止施工过程出现流挂现象。并且其黏度恢复具有一定的滞后性，有利于涂膜流平。在本发明中，清漆配方中的其他组分在选择时，充分考虑了其会不会对缔合型聚氨酯增稠剂的胶束增稠机理产生负面影响，因此不能轻易更换清漆涂料所用的消泡剂、润湿剂、流平剂等。

优选地，所述水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆，包括如下重量份的原料：

水性硅酸钾 20-40份

水性聚氨酯分散体 20-30份

水性硅酸钠 20-30份

纳米二氧化硅分散液 3份

偶联剂 5份

pH调节剂 0.5份

消泡剂 0.4份

润湿剂 0.3份

流平剂 0.5份

增稠剂 0.1份。

进一步优选地，包括如下重量份的原料：

水性硅酸钾 35份

水性聚氨酯分散体 27份

水性硅酸钠 26份

纳米二氧化硅分散液 3份

偶联剂 5份

pH调节剂 0.5份

消泡剂 0.4份

润湿剂 0.3份

流平剂 0.5份

增稠剂 0.1份

水 2.2份。

在本发明中，各原料组分可采用本领域常规使用的原料，对此不作限定。优选地，所述pH调节剂选用2-氨基-2-甲基-1-丙醇，所述水性硅酸钾选用佛山阿贝尔化工生产的AB-1000，所述水性聚氨酯分散体选用佛山阿贝尔化工生产的AB-5590，所述水性硅酸钠选用广州清风新材料有限公司生产的INS-739，所述纳米二氧化硅分散液选用BYK-221177分散剂。其中，BYK指德国毕克。

优选地，所述偶联剂选用硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种。

优选地，所述消泡剂选用聚硅氧烷类消泡剂，所述流平剂选用聚硅氧烷聚醚共聚物类流平剂，所述润湿剂选用聚硅氧烷聚醚共聚物类润湿剂，所述增稠剂选用缔合型聚氨酯增稠剂。进一步优选地，所述聚硅氧烷类消泡剂选用BYK-23654，所述聚硅氧烷聚醚共聚物类流平剂选用BYK-3480，所述聚硅氧烷聚醚共聚物类润湿剂选用CF-10，所述缔合型聚氨酯增稠剂选用广州清风新材料有限公司生产的QF-8200。

本发明还提供所述水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，包括如下步骤：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用增稠剂调整黏度合格后搅匀，过滤，包装。

优选地，S1中，调节混合液的pH值为10；S3中，2200～2800r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象。本发明的制备方法调整了各原料的添加顺序，使原料更容易混合均匀，并采用砂磨珠搅拌分散，提高生产效率。在偶联剂改性纳米二氧化硅中，调整了pH值，反应完全。

本发明还保护所述水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆在汽车涂料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明在采用水性硅酸钾、水性聚氨酯分散体和水性硅酸钠作为有机无机复合粘结料的基础上，再采用纳米二氧化硅分散液作为添加剂，加入偶联剂与其反应，改善二氧化硅的分散性，使有机无机组分相容性好，从而开发出满足无机罩面清漆市场的具有高硬度和优良耐刮伤性能的水性无机亮光产品。

2、本发明水性硅酸钾、水性聚氨酯分散体和水性硅酸钠的选择复配，是发明人通过理论和实践进行的特异性优选，硅酸钾硬度好防火性好，聚氨酯树脂分散液，光泽高，硅酸钠抗划伤防火性好。三者复配，达到组合优化的效果，耐火、亮光、抗划伤。

3、本发明将无机-有机杂化技术应用到水性无机矿物亮光清漆的制备中，能够增加清漆的透明性，发生化学反应后漆膜硬度增强，在水性硅酸钾、水性硅酸钠和水性聚氨酯树脂分散体复配的基础上，合理杂化纳米二氧化硅分散液，解决相容性问题，从而制得高硬度(4H)的水性无机矿物复合亮光清漆产品。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。

下述实施例和对比例所采用的原料如无特殊说明，均为市售。

其中，所述pH调节剂选用2-氨基-2-甲基-1-丙醇，所述水性硅酸钾选用佛山阿贝尔化工生产的AB-1000，所述水性聚氨酯分散体选用佛山阿贝尔化工生产的AB-5590，所述水性硅酸钠选用广州清风新材料有限公司生产的INS-739，所述纳米二氧化硅分散液选用BYK-221177分散剂。AB-1000水性硅酸钾提高硬度防火，INS-739硅酸钠加快干燥速度防火，AB-5590水性聚氨酯分散体高光泽耐候，BYK-22177分散剂分散效果好、稳定性好。

所述聚硅氧烷类消泡剂选用BYK-23654，所述聚硅氧烷聚醚共聚物类流平剂选用BYK-3480，所述聚硅氧烷聚醚共聚物类润湿剂选用CF-10，CF-10润湿剂对各个材料润湿分散稳定效果好。所述缔合型聚氨酯增稠剂选用QF-8200。QF-8200缔合型聚氨酯增稠剂加入后能够拥有良好的耐水性和耐候性。

实施例1:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为10；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2200r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

其中，水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方如下：

水性硅酸钾 20Kg

水性聚氨酯分散体 20Kg

水性硅酸钠 20Kg

纳米二氧化硅分散液 2Kg

硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷 4Kg

消泡剂 0.2Kg

润湿剂 0.1Kg

流平剂 0.1Kg

缔合型聚氨酯增稠剂 0.1Kg

去离子水 至100Kg。

实施例2:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为10；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2800r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

其中，水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方如下：

水性硅酸钾 40Kg

水性聚氨酯分散体 30Kg

水性硅酸钠 30Kg

纳米二氧化硅分散液 4Kg

硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷 6Kg

消泡剂 1Kg

润湿剂 1Kg

流平剂 1Kg

缔合型聚氨酯增稠剂 0.4Kg

去离子水 至120Kg。

实施例3:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为10；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2500r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

其中，水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方如下：

水性硅酸钾 30Kg

水性聚氨酯分散体 25Kg

水性硅酸钠 25Kg

纳米二氧化硅分散液 3Kg

硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷 5Kg

消泡剂 0.5Kg

润湿剂 0.5Kg

流平剂 0.5Kg

缔合型聚氨酯增稠剂 0.2Kg

去离子水 至100Kg。

实施例4:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为10；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2400r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

其中，水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方如下：

水性硅酸钾 30Kg

水性聚氨酯分散体 23Kg

水性硅酸钠 27Kg

纳米二氧化硅分散液 3Kg

硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷 5Kg

消泡剂 0.4Kg

润湿剂 0.3Kg

流平剂 0.5Kg

缔合型聚氨酯增稠剂 0.1Kg

去离子水 至100Kg。

实施例5:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆的制备方法，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为10；

S2.往混合液中加入砂磨珠搅拌分散，然后过滤掉砂磨珠，再在搅拌状态下加入偶联剂；

S3.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2600r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S4.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

其中，水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方如下：

水性硅酸钾 35Kg

水性聚氨酯分散体 27Kg

水性硅酸钠 26Kg

纳米二氧化硅分散液 3Kg

硅烷偶联剂乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷 5Kg

消泡剂 0.4Kg

润湿剂 0.3Kg

流平剂 0.5Kg

缔合型聚氨酯增稠剂 0.1Kg

去离子水 至100Kg。

对比例1:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方与实施例3相比，不加入硅烷偶联剂，其他操作与实施例3相同。

对比例2:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方与实施例3相比，不加入纳米二氧化硅分散液和硅烷偶联剂，其他操作与实施例3相同。

对比例3:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方与实施例3相同。制备方法有所不同，步骤如下：

S1.先将水性硅酸钾和水性聚氨酯分散体混合，再加入pH调节剂和纳米二氧化硅分散液，搅拌均匀得混合液，混合液的pH值为11，加入偶联剂；

S2.将消泡剂用去离子水稀释后加入，2500r/min搅拌分散至在细度板上刮板无缩孔现象后，再加入水性硅酸钠；

S3.依次投入润湿剂、分散剂和流平剂，然后用缔合型聚氨酯增稠剂调整黏度为42KU-50KU后搅匀，过滤，包装。

对比例4:

水性无机矿物质复合亮光抗划伤清漆配方与实施例3相比，不加入水性聚氨酯分散体，其他操作与实施例3相同。

性能测试

样品的制作

对上述实施例1-5以及对比例1-4制备获得的清漆按照HG/T 3828-2006中6.3中的方法制备样板。在玻璃板(200mm×100mm×4mm)上用漆膜涂布器刮涂1道100μm的湿涂膜，放置7d。

性能测试

按照GB/T 6739-1996使用涂膜便携式铅笔硬度计测试涂层的铅笔硬度。

按照GB/T 9279-1988使用涂膜划痕实验仪测试涂膜的耐划伤、划透性能。

测试结果如表1所示。

表1涂膜性能测试结果

小结：通过比较实施例3与对比例1-4制备的清漆的硬度和抗划伤性能以及表面光泽，可发现本发明在采用水性硅酸钾、水性聚氨酯分散体和水性硅酸钠作为有机无机复合粘结料的基础上，再采用纳米二氧化硅分散液作为添加剂，加入偶联剂与其反应，改善二氧化硅的分散性，使有机无机组分相容性好，从而开发出满足无机罩面清漆市场的具有高硬度和优良耐刮伤性能的水性无机亮光产品。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。