一种耐磨纳米涂料及其在箱包表面的应用
【专利摘要】本发明公开了一种耐磨纳米涂料，按质量百分比计，纳米涂料的组成及含量分别如下：12～18％丙烯酸树脂、15～20％聚氨酯树脂、0.2～0.8％成膜助剂、3～5％光引发剂、56～66％有机?无机纳米分散液及其单体混合液。所述有机?无机纳米分散液及其单体混合液主要由10～20wt％纳米颗粒、0.3～0.5wt％分散剂及有机溶剂通过机械法制备而成。所述涂装工艺主要包括静电除层、自动定位、自动喷涂、流平、紫外光固化、冷却及附膜保护。本发明提供的纳米涂料具有生产成本低，工艺简单，便于规模化生产等优势；该涂料涂装于硬质箱包表面后，可明显改善箱包表面的耐磨、耐划伤性能。
【专利说明】
一种耐磨纳米涂料及其在箱包表面的应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种涂料及其应用，更具体地说涉及一种耐磨纳米涂料及其在箱包表 面的应用。
【背景技术】
[0002] 随着纳米技术的日益发展，采用刚性纳米粒子来提高有机涂层硬度和耐磨性的方 法逐渐受到研究者的青睐。刚性纳米颗粒的硬度远大于聚合物材料，能够在较大范围内提 升涂层硬度；而且纳米颗粒也有助于改善涂层的某些长效性能（如抗疲劳裂纹扩展能力、 耐蠕变性、耐候性、尺寸稳定性等）；适量的纳米颗粒对涂层附着力和柔韧性的影响也较 小，甚至还有采用纳米颗粒提高聚合物与基材附着力的报道。因此，有机_无机纳米杂化/ 复合技术被认为是调控和改善有机涂层性能的一种新手段。目前在有机-无机纳米透明涂 料中使用的刚性纳米颗粒以纳米二氧化硅、纳米氧化铝为主，这不仅是因为这两种纳米颗 粒结构多样、来源广泛、价格低廉、硬度较高，更是因为它们的折光指数与聚合物基体比较 接近，易于实现涂层的高透明度。
[0003] 由于巨大的比表面积和高表面活性，纳米颗粒均以微米级团聚体的形式存在。微 米级团聚体会极大地降低涂层的可见光透明度和光泽、升高涂层的雾度。另外，微米级团聚 体在分散液中是不稳定的，长时间放置后团聚体会发生沉淀。因此，如何将纳米颗粒均匀、 稳定分散到涂料体系中是纳米涂料制备的关键科学和技术问题。从现有技术看，纳米颗粒 的分散方法主要有溶胶-凝胶法和机械共混法两种。溶胶-凝胶法目前存在的最大问题在 于凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料收缩脆裂。另外，在前驱物水 解过程中起作用的酸、碱、溶剂还可能对单体固化过程产生影响；且溶胶-凝胶技术一般只 适合于水性涂料、原材料成本高、体系杂质较多、不易工业放大。相对于溶胶_凝胶法而言， 机械分散技术所采用的设备与涂料工业分散设备兼容性好、工艺简单、可以规模化制备纳 米涂料；涂料基体既可以是水性的也可以是有机物；纳米涂料的制造成本也低得多。并且 该法还有一个优点就是制备纳米颗粒与涂层材料的合成分别进行，可根据需要选择纳米颗 粒的形态、尺寸。
[0004] 高光泽的塑料制品表面（如树脂眼镜片、手机键盘、笔记本面板、木地板、旅行箱、 汽车罩光漆、飞机座舱盖等）在使用过程中容易受到刮擦而出现划痕，这对塑料制品的外 观、产品的品质甚至使用性能都有负面的影响，因此如何提高这些塑料制品表面的耐刮擦 性和耐磨性成为在实际应用中必须考虑到问题。目前常用的措施是在塑料制品表面涂覆一 层透明、耐磨的涂层以提高其硬度。常用的透明、耐磨涂层包括热固性的高分子涂层和有机 硅树脂涂层。高分子涂层（如聚氨酯）虽然可以在一定程度上提高塑料表面硬度，但提高 的幅度有限，在很多情况下不能完全满足使用需要。有机硅树脂涂层对塑料表面硬度较高， 但硅树脂涂层一般较脆、容易开裂，与塑料基底的附着力也很差。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生产成本较低，生产工艺简单，便 于规模化生产，且性能优良，适用范围更广的耐磨纳米涂料，其涂装于硬质箱包的表面后， 可明显改善箱包表面的耐磨、耐划伤性能。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种耐磨纳米涂料，按质量百分比计， 所述纳米涂料的组成及含量分别如下：
[0007] 丙烯酸树脂 12~18% 聚氨酯树脂 15~20% 成膜助剂 0.2~0.8% 光引发剂 3~5% 有机-无机纳米分散液及其单体混合液 56~66%
[0008] 上述各组分之和为100% ;所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液主要由 10~20wt%纳米颗粒、0. 3~0. 5wt%分散剂及余量的有机溶剂通过机械分散技术制备而 成；所述的有机溶剂为乙二醇丁醚或乙酸乙酯；所述的纳米颗粒为纳米氧化硅或纳米氧化 铝；所述纳米颗粒的粒径范围为1200~1300目；所述的纳米颗粒采用气相法制备得到。
[0009] 作为优选的技术方案，按质量百分比计，所述纳米涂料的组成及含量分别如下：
[0010] 丙烯酸树脂 15% 聚氨酯树脂 18% 成膜助剂 0.5% 光引发剂 4% 有机-无机纳米分散液及其单体混合液 62.5%
[0011] 所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液通过机械法制备而成，所述有 机-无机纳米分散液及其单体混合液的制备原料按质量百分比计，包括15%纳米颗粒、 〇. 4 %分散剂及84. 5%乙酸乙酯。
[0012] 进一步地，所述有机-无机纳米分散液及其单体混合液中，其纳米粒子的粒径为 200nm左右。
[0013] 上述耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，所述耐磨纳米涂料采用全自动喷涂技术， 在箱包表面形成厚度为20~40 y m的湿膜，而后采用紫外光在常温下固化形成耐磨涂层； 所述涂装工艺主要包括静电除层、自动定位、自动喷涂、流平、紫外光固化、冷却及附膜保 护；所述涂装工艺的线速为600~800RMP/min。
[0014] 进一步地，所述流平工序的温度控制在40~55度之间；所述流平工序的时间控制 在3mins左右。
[0015] 进一步地，所述自动喷涂工序的时间控制在35~70s之间。
[0016] 进一步地，所述的紫外光固化工序中采用的紫外光能量为600mJ/cm2。
[0017] 进一步地，所述冷却工序的时间控制在25~35mins之间。
[0018] 本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的耐磨纳米涂料及其制备方 法具有以下几点优势：（1)本发明提供的耐磨纳米涂料，采用机械分散技术制备，生产成本 较低，生产工艺简单，便于规模化生产；（2)本发明提供的耐磨纳米涂料采用气相法制备的 纳米氧化硅/氧化铝颗粒作为原料纳米颗粒，使制备的纳米涂层具有更好的补强效果和耐 刮擦性能；（3)本发明提供的耐磨纳米涂料涂装于硬质箱包表面后，可明显改善硬质箱包 表面的耐磨、耐划伤性能，提高箱包表面的光亮度，改善箱包表面存在的毛刺等缺陷，且涂 层与箱包表面具有很好的附着力。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明中纳米涂料的制备工艺流程图。
[0020] 图2为未添加纳米颗粒的涂层经往复式磨损后磨损面形貌图。
[0021] 图3为实施例5添加纳米颗粒的涂层经往复式磨损后磨损面形貌图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 实施例1
[0024] -种耐磨纳米涂料，按质量百分比计，所述纳米涂料的组成及含量分别如下：
[0025] 丙烯酸树脂 18% 聚氨酯树脂 20% 成膜助剂 0.4% 光引发剂 3.6% 有机-无机纳米分散液及其单体混合液 58%
[0026] 所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液通过机械法制备而成，所述有 机-无机纳米分散液及其单体混合液的制备原料按质量百分比计，包括15%纳米二氧化硅 颗粒、0. 4%分散剂及余量的乙二醇丁醚；所述纳米颗粒的粒径范围为1200~1300目；所 述的纳米颗粒采用气相法制备得到。
[0027] 上述耐磨纳米涂料采用机械分散技术制备，主要步骤如下：步骤一，有机-无机 纳米分散液及其单体混合液的制备：在高速剪切设备中，加入15wt%纳米二氧化硅颗粒、 0.4wt%分散剂及余量的有机溶剂乙二醇丁醚，开启高速研磨，研磨速度逐级递增，分别于 1000RMP、1500RMP及2000RMP下各研磨一次，得到有机-无机纳米分散液及其单体混合液； 所述有机-无机纳米分散液及其单体混合液中，其纳米粒子的粒径为200nm左右。所述的原 料纳米颗粒在使用前预先进行表面改性处理，所述表面改性采用有机硅改性剂。步骤二，耐 磨纳米涂料的制备：在搅拌设备中，加入18wt%丙稀酸树脂、20wt%聚氨酯树脂、0. 4wt% 成膜助剂、3. 6wt%光引发剂及58wt%有机-无机纳米分散液及其单体混合液，常温下，在 400RMP左右的搅拌速度下持续搅拌4~6mins，得到具有较好均一 ,性和透明度的纳米涂料。
[0028] 实施例2
[0029] -种耐磨纳米涂料，按质量百分比计，所述纳米涂料的组成及含量分别如下：
[0030] 丙烯酸树脂 15% 聚氨酯树脂 18% 成膜助剂 0.5% 光引发剂 4% 有机-无机纳米分散液及其单体混合液 62.5%
[0031] 所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液通过机械法制备而成，所述有 机-无机纳米分散液及其单体混合液的制备原料按质量百分比计，包括15%纳米二氧化硅 颗粒、0. 4%分散剂及余量的乙酸乙酯；所述纳米颗粒的粒径范围为1200~1300目；所述 的纳米颗粒采用气相法制备得到。
[0032] 上述耐磨纳米涂料的制备方法同实施例1。
[0033] 实施例3
[0034] 一种耐磨纳米涂料，按质量百分比计，所述纳米涂料的组成及含量分别如下：
[0035] 丙烯酸树脂 12% 聚氨酯树脂 15% 成膜助剂 0.5%
[0036] 光引发剂 4% 有机-无机纳米分散液及其单体混合液 65.5%
[0037] 所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液通过机械法制备而成，所述有 机-无机纳米分散液及其单体混合液的制备原料按质量百分比计，包括15%纳米二氧化硅 颗粒、0. 4%分散剂及余量的乙酸乙酯；所述纳米颗粒的粒径范围为1200~1300目；所述 的纳米颗粒采用气相法制备得到。
[0038] 上述耐磨纳米涂料的制备方法同实施例1。
[0039] 实施例4
[0040] 采用上述实施例1中制备得到的纳米涂料，将该涂料涂装于箱包表面以改善硬质 箱包表面的耐磨、耐划伤性能。所述耐磨纳米涂料的涂装采用全自动喷涂技术，在硬质箱包 表面形成厚度为20~40 y m的湿膜，而后采用紫外光在常温下固化形成耐磨涂层；所述涂 装工艺主要包括静电除层、自动定位、自动喷涂、流平、紫外光固化、冷却及附膜保护；所述 涂装工艺的线速为600~800RMP/min。
[0041] 在本实施例中，所述流平工序的温度控制在40~55度之间；所述流平工序的时间 控制在3mins左右。所述自动喷涂工序的时间控制在35~70s之间。所述的紫外光固化 工序中采用的紫外光能量为600mJ/cm 2。所述冷却工序的时间控制在25~35mins之间。
[0042] 实施例5
[0043] 采用上述实施例2中制备得到的纳米涂料，将该涂料涂装于箱包表面以改善硬质 箱包表面的耐磨、耐划伤性能。所述耐磨纳米涂料的涂装工艺及涂装条件同实施例4。图3 为本实施例制备的纳米涂料在箱包表面涂装后形成的涂层经往复式磨损后磨损面形貌图。
[0044] 实施例6
[0045] 采用上述实施例3中制备得到的纳米涂料，将该涂料涂装于箱包表面以改善硬质 箱包表面的耐磨、耐划伤性能。所述耐磨纳米涂料的涂装工艺及涂装条件同实施例4。
[0046] 对比例1
[0047] 将实施例2纳米涂料的配方中的有机-无机纳米分散液及其单体混合液替换为相 同比例的有机溶剂乙酸乙酯，涂料的制备方法同实施例2。将上述不含纳米粒子的聚合物涂 料涂装于硬质箱包的表面，所述涂装工艺同实施例5 (不包括紫外光固化工序）。图2为本 实施例制备的涂料（不含纳米颗粒）在箱包表面涂装后形成的涂层经往复式磨损后磨损面 形貌图。
[0048] 空白例
[0049] 空白例为空白对照，即箱包表面不涂装任何涂层。
[0050] 对上述实施例4~6、对比例1中箱包表面的涂层以及空白例进行相应的性能测 试，其结果如下表：
[0052]
[0053] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1. 一种耐磨纳米涂料，其特征在于：按质量百分比计，所述纳米涂料的组成及含量分 别如下：上述各组分之和为100% ;所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液主要由10~ 20wt%纳米颗粒、0. 3~0. 5wt%分散剂及余量的有机溶剂通过机械分散技术制备而成；所 述的有机溶剂为乙二醇下酸或乙酸乙醋；所述的纳米颗粒为纳米氧化娃或纳米氧化侣；所 述纳米颗粒的粒径范围为1200~1300目；所述的纳米颗粒采用气相法制备得到。2. 如权利要求1所述的一种耐磨纳米涂料，其特征在于：按质量百分比计，所述纳米涂 料的组成及含量分别如下：所述的有机-无机纳米分散液及其单体混合液通过机械法制备而成，所述有机-无机 纳米分散液及其单体混合液的制备原料按质量百分比计，包括15%纳米颗粒、0. 4%分散剂 及84. 5 %乙酸乙醋。3. 如权利要求1所述的一种耐磨纳米涂料，其特征在于：所述有机-无机纳米分散液 及其单体混合液中，其纳米粒子的粒径为200nm左右。4. 一种如权利要求1至3中任意一项所述的耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，其特征 在于：所述耐磨纳米涂料采用全自动喷涂技术，在箱包表面形成厚度为20~40 y m的湿膜， 而后采用紫外光在常溫下固化形成耐磨涂层；所述涂装工艺主要包括静电除层、自动定位、 自动喷涂、流平、紫外光固化、冷却及附膜保护；所述涂装工艺的线速为600~800RMP/min。5. 如权利要求4所述的耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，其特征在于：所述流平工序 的溫度控制在40~55度之间；所述流平工序的时间控制在3mins左右。6. 如权利要求4所述的耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，其特征在于：所述自动喷涂 工序的时间控制在35~70s之间。7. 如权利要求4所述的耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，其特征在于：所述的紫外光 固化工序中采用的紫外光能量为600mJ/cm2。8.如权利要求4所述的耐磨纳米涂料在箱包表面的应用，其特征在于：所述冷却工序 的时间控制在25~35mins之间。
【文档编号】B05D3/00GK106032450SQ201510106487
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月8日
【发明人】田龙, 田修, 倪建友
【申请人】上犹京禾纳米科技有限公司