本发明涉及一种耐磨、耐刮擦涂料及其制备方法。
背景技术：
塑料制品表面涂饰后，涂层的耐磨性和耐刮擦性是两个重要指标。耐磨性和耐刮擦性都与材料的硬度和韧性有关，然而耐磨性是在相同受力条件下材料从母体剥落的程度，其反映的是材料在小应力长时间作用下的表面性能，而耐刮擦性反映的则是材料在大应力短时间作用下的表面性质。目前常用的耐磨涂料通常为含硅涂料，该涂料得到的涂层耐刮擦性依然有待改善。改善涂层耐刮擦性能的方法通常是在涂料中添加耐刮擦剂，例如酰胺类、蜡类润滑剂，然而添加上述耐刮擦剂会有使用过程中润滑剂析出从而导致涂层发粘的问题产生。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐磨、耐刮擦涂料及其制备方法，使得涂层具有优异的耐磨性和耐刮擦性，且不存在润滑剂析出导致涂层发粘的问题。
本发明要求保护一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30-50重量份碱性硅溶胶、0-10重量份蒸馏水和2-6重量份乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加50-60重量份至少两个官能度的烷氧基硅烷，1-3小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度介于60℃-72℃之间，滴加完毕后升温回流0.5-2小时，冷却降温得到反应液；
(2)将0.01-0.03重量份碳黑加入到15-20重量份硅烷偶联剂中，超声分散2-3小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入6-8重量份聚四氟乙烯升温回流，体系回流5-6小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和0-16重量份溶剂，搅拌1-2小时后得到涂料。
所述碱性硅溶胶颗粒直径为10-15nm，所述碱性硅溶胶为水性硅溶胶。
所述至少两个官能度的烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
所述溶剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙酮醇、乙二醇乙醚醋酸酯中的至少一种。
所述硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
本申请与现有技术相比具有的有益效果是：
本申请通过在体系中引入碳黑与硅烷偶联剂的混合液，以及聚四氟乙烯，大大提高了涂层的耐磨性和耐刮擦性，且不存在润滑剂析出导致涂层发粘的问题。该涂料可广泛用于涂覆各种热塑性塑料，如ABS、聚苯乙烯、有机玻璃等。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)将0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
实施例2
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入40g碱性硅溶胶和6g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加55g甲基三甲氧基硅烷，1小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为70℃，滴加完毕后升温回流2小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为10nm；
(2)将0.01g碳黑加入到17gγ-巯丙基三乙氧基硅烷中，超声分散3小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入8g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和16g乙二醇丁醚，搅拌2小时后得到涂料。
实施例3
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入50g碱性硅溶胶和4g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加50g二甲基二甲氧基硅烷，3小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为65℃，滴加完毕后升温回流0.5小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为15nm；
(2)将0.03g碳黑加入到20gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中，超声分散3小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入8g聚四氟乙烯升温回流，体系回流6小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液，搅拌1小时后得到涂料。
实施例4
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入45g碱性硅溶胶、9g蒸馏水和2g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g苯基三乙氧基硅烷，1小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为68℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为10nm；
(2)将0.02g碳黑加入到15gγ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入7g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液，搅拌2小时后得到涂料。
实施例5
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶、5g蒸馏水和5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加52g甲基三甲氧基硅烷，1小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为15nm；
(2)将0.01g碳黑加入到15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入8g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和2g乙二醇丁醚、8g乙二醇乙醚醋酸酯，搅拌2小时后得到涂料。
实施例6
一种耐磨、耐刮擦涂料，其通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入50g碱性硅溶胶、10g蒸馏水和4g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加56g苯基三甲氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为66℃，滴加完毕后升温回流0.5小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为10nm；
(2)将0.02g碳黑加入到18gγ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和4g二丙酮醇、8g异丁醇，搅拌1小时后得到涂料。
对比例1
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
对比例2
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温至40℃以下得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)将0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入步骤(2)得到的混合液和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
对比例3
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温至40℃以下得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯、0.02g碳黑、15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
对比例4
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温至40℃以下得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)在步骤(1)得到的反应液中加入15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
对比例5
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)将0.1g碳黑加入到15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
对比例6
所述涂料通过如下方法制备得到：
(1)在反应器中加入30g碱性硅溶胶和2.5g乙酸的混合液，升温使体系的温度达到60℃时开始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小时滴加完毕，滴加过程中控制反应体系的温度为60℃，滴加完毕后升温回流1小时，冷却降温得到反应液；其中，碱性硅溶胶颗粒直径为12nm；
(2)将0.001g碳黑加入到15gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超声分散2小时得到混合液；
(3)在步骤(1)得到的反应液中加入6g聚四氟乙烯升温回流，体系回流5小时后降温，当体系的温度小于40℃时加入步骤(2)得到的混合液和10g异丙醇，搅拌2小时后得到涂料。
性能检测：
将实施例1-6和对比例1-6中的涂料在有机玻璃表面制备耐磨涂层。涂料涂装后表干时间不小于30min，表干后在80℃-85℃的环境中烘烤，烘烤时间不小于120min。对涂层的耐磨、耐刮擦性能进行测试。
1.耐磨性：
采用《漆膜耐磨性测定法(GB/T1768-79(89))》和《实木复合地板(GB/T18103-2000)》两者结合检测试件表面的耐磨性。
采用磨耗仪(JM-IV型，上海现代环境工程技术研究所)，使用旋转磨擦橡胶轮法(GB/T15102-1994附录A)，分别以经规定研磨转数研磨后涂层质量损耗(失重法)的平均值，
或以磨损同一厚度涂层所需的平均研磨转数(转数法)二种方法表示与评价耐磨性。
2.耐刮擦性
2.1耐刮擦性(指甲划痕)
将涂层的表面用指甲刮划10个来回，目视观察表面，按照以下的基准进行评价。
○：刮划后痕迹消失，耐划伤性高
△：刮划后残留有少许痕迹，耐划伤性稍微低，但是实用上没有问题
×：刮划后残留有痕迹，耐划伤性低，实用上有问题
2.2耐刮擦性(钢丝棉)
对涂层的表面，用钢丝棉(#0000)以荷载1.5kgf摩擦10个来回，目视观察表面，按照以下的基准进行评价。
○：摩擦后伤迹消失，耐划伤性高
△：摩擦后残留有少许伤迹，耐划伤性稍微低，但是实用上没有问题
×：摩擦后残留有伤迹，耐划伤性低，实用上有问题
涂层的耐磨、耐刮擦性能见表1
表1涂层的耐磨性和耐刮擦性对照试验结果
由表1中的试验数据可以看出，对比例4的涂料中不含碳黑和聚四氟乙烯，对比例1的涂料中不含碳黑，对比例2的涂料中不含聚四氟乙烯，对比例3涂料的原料与实施例1相同，但是制备方法不同，对比例5-6的涂料中碳黑的用量未落入本申请的范围内，与上述对比例相比，本申请实施例1-6中的涂料得到的涂层具有优异的耐磨性和耐划伤性。