本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种抗污涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
随着现代工业的发展，日常环境中充满了越来越多的污染源，例如，灰尘，油污等。因此，人们不仅仅只通过外观颜色对涂料进行选择，对于涂料自身的抗污性能够也提出了严格的要求。
现有的抗污涂料多是在涂料固化形成的漆膜表面添加有机氟成分，有机氟成分并未作为反应物交联于涂料固化生成的漆膜中，因此涂料固化性的成漆膜内部结构致密性和硬度均较差，依旧容易有污物渗入其中，抗污性能并不明显，并且对该漆膜反复擦洗去污后，漆膜容易磨损，从而导致抗污性进一步减弱。
技术实现要素：
本发明提供一种抗污涂料及其制备方法和应用，用来克服现有技术中抗污涂料硬度不够造的抗污性能不明显的缺陷。
本发明提供一种抗污涂料，按照重量份包括如下组分：改性聚酯树脂55～60份，羟基改性硅氧烷0.3～0.5份，二氧化钛0.6～0.9份，固化剂6.0～8.0份，流平剂0.2～0.3份，分散剂0.1～0.2份，消泡剂0.1～0.2份，颜料2.5～4.0份，环氧磷酸酯1.5～2.0份，环已酮7.0～8.0份，丙二醇甲醚醋酸酯8.0～9.0份，乙二醇单丁醚3.0～4.0份，正丁醇4.0～5.0份，增溶剂5.0～7.0份。
本发明的抗污涂料成本低廉，不产生分层并且状态稳定，其制备成涂层后的洛氏硬度可达3H以上。其中，固化剂可以选自二氨基环己烷、二乙烯三胺、乙二胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺、间苯二胺、间苯二甲胺和邻氯苯二胺中的一种或多种；流平剂选自丙烯酸树脂、脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种；分散剂选自聚乙烯蜡、聚乙二醇200和聚乙二醇400 中的一种或多种；消泡剂选自乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。本发明中改性聚酯树脂与羟基改性硅氧烷的结合能够极大的增强涂料的硬度以及对被涂覆基材的附着率，从而增强了涂料的抗污性能，本发明的抗污涂料尤其对于油污类粘性物质抗污效果明显，能够广泛使用在家庭厨具、工厂机器等的表面。由本发明上述成分组成的抗污涂料成分简单、体系稳定、使用方便，其洛氏硬度可达3H以上，具有良好的抗污性能，并且其所形成的涂层也不易从基材上脱落。
进一步地，所述改性聚酯树脂为硅醇改性醇酸树脂。本发明中使用的改性聚酯树脂是聚酯树脂经二氧化硅改性而成，因此能够显著增强涂料的硬度，本发明对于原料聚酯树脂不做限制。
进一步地，所述羟基改性硅氧烷为羟基改性聚二甲基硅氧烷。具体的，羟基改性硅氧烷是将α-(2-甲基-2-丙烯酰基)-w-甲氧基-聚乙二醇接枝至聚二甲基硅氧烷而成。本发明中的羟基改性硅氧烷有助于增强涂料的致密性，因此能够有效避免外界油污等污物嵌入涂料中。
进一步地，所述增溶剂选自异氟尔酮和1，3-二甲基-咪啉酮中的至少一种。当增溶剂为异氟尔酮和1，3-二甲基-咪啉酮的混合物时，本发明对两者之间的比例不做具体限制。
在具体一实施例中，所述颜料包括第一颜料和第二颜料，所述第一颜料为2.0～3.0份，所述第二颜料的重量份为0.3～0.5份。颜料能够使美化涂料外观，具体地，为了使涂料的颜色更加鲜艳，可以将颜料分为两类，第一类为第一颜料，可以选用目标颜色；第二类为第二颜料，可以选用与目标颜色相近的颜色，进一步增强目标颜色的鲜艳度。例如，目标颜色为宝石蓝的涂料，可以选用透明蓝颜料为第一颜料，透明绿颜料为第二颜料。
本发明还提供一种上述任一所述抗污涂料的制备方法，包括如下步骤：常温下，在搅拌下向所述改性聚酯树脂中加入所述羟基改性硅氧烷、颜料、二氧化钛、增溶剂、流平剂、固化剂、消泡剂、分散剂、环氧磷酸酯、环已酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、正丁醇，搅拌均匀，制得所述抗污涂料。
在上述制备方法中，制备温度为室温(15～30℃)，制备条件简单易行， 无需大型设备辅助，可操作性高，不仅有利于形成稳定的抗污涂料，此外还有利于提高抗污涂料的脱离抗性。本发明通过限定特殊的添加的顺序，进一步巩固了抗污涂料的硬度。当制成的抗污涂料暂不使用时，可以将其直接密封保存。
进一步地，控制所述搅拌的转速为1000～2000r/min，搅拌时间为5～15min。为了提高组分间的乳化效果，可以将搅拌转速控制在1000～2000r/min。本发明中各组分间具有明显的互溶性，因此只需搅拌为5～15min，各组分便能混合均匀制得本发明的抗污涂料。
本发明还提供了上述任一所述的抗污涂料的涂覆方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)过滤抗污涂料，获得100～200目的抗污涂料；
2)将步骤1)获得的抗污涂料涂覆至基材表面，控制涂覆速率为10～30m/min；
3)对涂覆后的基材在216～232℃加热固化70-100s，冷却至室温。
为了增强抗污涂料与基材的附着性，在涂覆之前可以选用目数为100～200目的滤网对抗污涂料进行过滤操作，将涂料控制在该目数范内，能够有效的增加涂料与基材的接触面积使涂覆后的涂料不易从基材上脱落。
过滤后，可以采用辊涂机将100～200目的抗污涂料涂覆至基材表面，经发明人大量研究表明，将涂覆速率控制在10～30m/min，能够保证涂料与基材接触的均匀程度最大化，从而满足涂覆基材的抗污效果。值得注意的是，在涂覆之前还可以对基材进行预处理，具体地，可以将质量浓度为5～10％碳酸钠和氢氧化钠为主要成分的清洗剂水溶液加热至80℃对基材进行清洗，清洗后将基材烘干并采用钝化剂使基材表面钝化，该钝化处理能够在基材表面形成氧化膜，从而使基材稳定性增强，抗腐蚀性提高，钝化剂为质量分数为20～40％的三价铬溶液，一般三价铬为硫酸铬，除此之外，钝化剂还包括二元羧酸，水溶性硅化物和润湿剂。
将涂覆后的基材加热固化后，可以在基材的表面敷上一层防刮保护膜，再将基材在分条切片机上分切至需要的尺寸即可。
本发明提供的涂覆方法能够进一步提高抗污涂料所形成的涂层与基材脱离的抗性，有利于抗污涂料与基材的高度贴合，从而使基材具有长效的抗污 性能，即使经过长期的摩擦，抗污涂料所形成的涂层仍旧能够均匀分布在基材的表面，不会发生脱落，长期保护基材的抗污性能，延长涂覆后基材的使用寿命。
进一步地，控制所述基材表面上抗污涂料的涂覆厚度为10～35μm。将厚度控制在该范围内便可以保证涂料与基材的附着性，如果需要提高厚度，可以采用涂覆固化反复进行的处理方法，例如目标涂覆厚度为40μm，可以分3次进行涂覆处理，先涂覆15μm，第一次加热固化后再涂覆15μm，第二次加热固化后再涂覆10μm，再进行第三次加热固化。
进一步地，所述基材的厚度为0.3～1.2mm。具体地，可以选用1系、3系或者5系的铝合金板，也可优选二次加工塑性要求达到T1且洛氏硬度为H24的铝片基材。
本发明还提供了一种电水壶，包括壶身、壶盖和壶底，在所述壶身表面涂覆有上述任一所述的抗污涂料。
本发明的目的及有益效果将会通过对优选实施例的描述而更加明显易懂。
具体实施方式
实施例1
本实施例的抗污涂料，按照重量份包括如下组分：改性聚酯树脂55份，羟基改性硅氧烷0.3份，二氧化钛0.6份，二氨基环己烷6.0份，脲醛树脂0.2份，聚乙烯蜡0.2份，乳化硅油0.1份，红色颜料4.0份，环氧磷酸酯2.0份，环已酮8.0份，丙二醇甲醚醋酸酯9.0份，乙二醇单丁醚3.0份，正丁醇4.5份，异氟尔酮5.0份。改性聚酯树脂为硅醇改性醇酸树脂，羟基改性硅氧烷为羟基改性聚二甲基硅氧烷。
在按照上述组成配料后，25℃，搅拌下将羟基改性硅氧烷、红色颜料、二氧化钛、异氟尔酮、脲醛树脂、二氨基环己烷、乳化硅油、聚乙烯蜡、环氧磷酸酯、环已酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、正丁醇依次加入改性聚酯树脂中，在转速为1500r/min下，搅拌10min，生成抗污涂料。
本实施例抗污涂料的涂覆方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)选用目数为100～200目的滤网对本实施例的抗污涂料进行过滤，将 过滤后100～200目的抗污涂料注入辊涂机切盘中；
2)将清洗钝化后的洛氏硬度为H24，厚度为0.3mm的铝片基材装于辊涂机中，控制辊轴的速率为20m/min，将抗污涂料涂覆在基材上，涂覆厚度为15μm；
3)将涂覆后的基材放入220℃的高温炉中加热固化80s，冷却，制得抗污基材1#。
硬度测试：用3H铅笔(中华牌或者三菱牌)，将笔芯削成圆柱形并在400目砂纸上磨平后，装在专用的铅笔硬度测试仪上(施加在笔尖上的载荷为750g，铅笔与水平面的夹角为45°)，以1mm/s的速度在抗污基材1#表面推压约1cm长，共划5条，再用橡皮擦将铅笔痕擦拭干净。经过上述操作，本实施例抗污基材表面未出现破裂露出基材，因此本实施例制备的抗污涂料洛氏硬度达到3H。
耐磨性测试：在百洁布上粘上5％的洗洁剂溶液，负重20N，在抗污基材1#表面用耐磨仪以每分钟10次的速率摩擦10cm，共100次(一个来回为一次)，若涂层面没有露出基材现象则耐磨性良好。经过上述操作，本实施例抗污基材表面未出现破裂露出基材，因此本实施例制备的抗污涂料耐磨性良好。
耐溶剂测试：用棉布分別沾取酒精、正己烷(二溶剂不可在同一部位)浸透在角部10mm的面荷负重500克力施加于涂层表面反复磨擦30次/30S，若涂层面未发生溶解现象，则耐溶剂性良好。经过上述操作，本实施例抗污基材表面未出现溶解现象，因此本实施例制备的抗污涂料耐溶剂性良好。
附着力测试：用百格刀在抗污基材1#表面(划出10横10纵间距1mm宽的小方格(划痕深及基材)，除去表面碎屑，用3M(250)胶布覆盖住刻痕，用母指指腹在胶带上来回摩擦(不可有气泡)，以与测试面成90度角度迅速垂直将胶带从表面拉起，同一位置测试3次，若每个测试小方格脱落面积不超过小方格面积的1/3，并且最多只有不相邻的3个小方格脱落面积不超过小方格面积的1/3，则附着力良好。经过上述操作，本实施例抗污基材表面未出现脱落现象，因此本实施例制备的抗污涂料附着力良好。
实施例2
本实施例的抗污涂料，按照重量份包括如下组分：改性聚酯树脂58份，羟基改性硅氧烷0.5份，二氧化钛0.9份，二乙烯三胺和间苯二胺的混合物7.5份，三聚氰胺甲醛树脂0.25份，聚乙二醇200和聚乙二醇400的混合物0.15份，聚二甲基硅氧烷0.1份，绿色颜料4.0份，环氧磷酸酯1.5份，环已酮7.5份，丙二醇甲醚醋酸酯8.0份，乙二醇单丁醚3.5份，正丁醇4.0份，异氟尔酮5.5份。改性聚酯树脂为硅醇改性醇酸树脂，羟基改性硅氧烷为羟基改性聚二甲基硅氧烷。
在按照上述组成配料后，30℃，搅拌下将羟基改性硅氧烷、绿色颜料、二氧化钛、异氟尔酮、三聚氰胺甲醛树脂、二乙烯三胺和间苯二胺的混合物、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇200和聚乙二醇400的混合物、环氧磷酸酯、环已酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、正丁醇依次加入改性聚酯树脂中，在转速为1000r/min下，搅拌15min，生成抗污涂料。
本实施例抗污涂料的涂覆方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)选用目数为100～200目的滤网对本实施例的抗污涂料进行过滤，将过滤后100～200目的抗污涂料注入辊涂机切盘中；
2)将清洗钝化后的洛氏硬度为H24，厚度为1.2mm的铝片基材装于辊涂机中，控制辊轴的速率为10m/min，将抗污涂料涂覆在基材上，涂覆厚度为10μm；
3)将涂覆后的基材放入230℃的高温炉中加热固化70s，冷却，制得抗污基材2#。
采取与实施例1相同的测试方法对抗污基材2#进行硬度、耐磨性、耐溶剂以及附着力测试，测试结果表明，本实施例的抗污涂料的洛氏硬度达3H，耐磨性、耐溶剂以及附着力均良好。
实施例3
本实施例的抗污涂料，按照重量份包括如下组分：改性聚酯树脂60份，羟基改性硅氧烷0.35份，二氧化钛0.7份，乙二胺7.0份，丙烯酸树脂和三聚氰胺甲醛树脂的混合物0.2份，聚乙二醇200和聚乙烯蜡的混合物0.2份，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚的混合物0.1份，透明蓝色颜料2.5份，透明绿颜料0.5份，环氧磷酸酯2.0份，环已酮7.0份， 丙二醇甲醚醋酸酯8.5份，乙二醇单丁醚4.0份，正丁醇5.0份，1，3-二甲基-咪啉酮7.0份。改性聚酯树脂为硅醇改性醇酸树脂，羟基改性硅氧烷为羟基改性聚二甲基硅氧烷。
在按照上述组成配料后，30℃，搅拌下将羟基改性硅氧烷、透明蓝颜料、透明绿颜料、二氧化钛、1，3-二甲基-咪啉酮、丙烯酸树脂和三聚氰胺甲醛树脂的混合物、乙二胺、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚的混合物、聚乙二醇200和聚乙烯蜡的混合物、环氧磷酸酯、环已酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、正丁醇依次加入改性聚酯树脂中，在转速为2000r/min下，搅拌15min，生成抗污涂料。
本实施例抗污涂料的涂覆方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)选用目数为100～200目的滤网对本实施例的抗污涂料进行过滤，将过滤后100～200目的抗污涂料注入辊涂机切盘中；
2)将清洗钝化后的洛氏硬度为H24，厚度为0.4mm的铝片基材装于辊涂机中，控制辊轴的速率为30m/min，将抗污涂料涂覆在基材上，涂覆厚度为20μm；
3)将涂覆后的基材放入225℃的高温炉中加热固化85s，冷却，制得抗污基材3#。
采取与实施例1相同的测试方法对抗污基材3#进行硬度、耐磨性、耐溶剂以及附着力测试，测试结果表明，本实施例的抗污涂料的洛氏硬度达3H，耐磨性、耐溶剂以及附着力均良好。
实施例4
本实施例的抗污涂料，按照重量份包括如下组分：改性聚酯树脂58份，羟基改性硅氧烷0.5份，二氧化钛0.6份，二丙烯三胺和二甲胺基丙胺的混合物8.0份，丙烯酸树脂0.25份，聚乙二醇4000.1份，聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚0.17份，透明蓝色颜料3.0份，透明绿颜料0.5份，环氧磷酸酯1.5份，环已酮7.0份，丙二醇甲醚醋酸酯8.0份，乙二醇单丁醚3.0份，正丁醇4.5份，1，3-二甲基-咪啉酮和异氟尔酮的混合物6.0份。改性聚酯树脂为硅醇改性醇酸树脂，羟基改性硅氧烷为羟基改性聚二甲基硅氧烷。
在按照上述组成配料后，25℃，搅拌下将羟基改性硅氧烷、透明蓝颜料、 透明绿颜料、二氧化钛、1，3-二甲基-咪啉酮和异氟尔酮的混合物、丙烯酸树脂、二丙烯三胺和二甲胺基丙胺的混合物、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚乙二醇400、环氧磷酸酯、环已酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、正丁醇依次加入改性聚酯树脂中，在转速为1800r/min下，搅拌15min，生成抗污涂料。
本实施例抗污涂料的涂覆方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)选用目数为100～200目的滤网对本实施例的抗污涂料进行过滤，将过滤后100～200目的抗污涂料注入辊涂机切盘中；
2)将清洗钝化后的洛氏硬度为H24，厚度为1.2mm的铝片基材装于辊涂机中，控制辊轴的速率为30m/min，将抗污涂料涂覆在基材上，涂覆厚度为35μm；
3)将涂覆后的基材放入225℃的高温炉中加热固化100s，冷却，制得抗污基材4#。
采取与实施例1相同的测试方法对抗污基材4#进行硬度、耐磨性、耐溶剂以及附着力测试，测试结果表明，本实施例的抗污涂料的洛氏硬度达3H，耐磨性、耐溶剂以及附着力均良好。
试验例
在实施例1#的抗污基材表面上使用特定的“CPM-150”号签字笔图画出二处纵横交错的三横三竖，图画完毕后，其中一处采取操作a，另一处采取操作b：
a：立即使用洁净棉布来回擦拭10次，重复10个周期；
b：待笔迹完全风干后，使用10N力的工装检具(尖头包裹单层洁净棉布与笔迹接触)来回擦拭10次，重复10个周期。
检验实施例1#抗污基材是表面是否有笔迹残留。
经过上述检测后，实施例1#抗污基材表面两处均无残留。
采取上述同样的操作方法，对实施例2#～4#的抗污基材做出同样的检测，结果表明，实施例2#～4#抗污基材表面两处均无残留。
上述试验结果表明：本发明的抗污涂料抗污效果优异。
上述抗污涂料较佳的可以使用在家用电器上，比如人们日常接触较多、 表面容易沾污的水壶或电磁炉。以水壶为例，水壶包括壶身、壶盖和壶底，抗污涂料涂覆在上述壶身的表面。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。