本发明涉及一种润滑涂层，尤其涉及一种水性亲水润滑涂层。
背景技术：
相对于金属、石材、木材，塑料制品具有成本低、可塑性强等优点，在国民经济中应用广泛，塑料工业在当今世界上占有极为重要的地位。如今，塑料制品已经在越来越多的领域里被应用，在实际工作中，大多数塑料都为疏水性材料，疏水性有机高分子材料由于表面的非极性低，水在塑料表面的铺展润湿效果差，给塑料的使用带来了很大的局限，从而大大限制了塑料的使用范围。为此，需要对材料表面进行亲水处理。水性亲水润滑涂层已应用于各种商业领域，涉及自洁、防雾、防污性能和生物医药等方面。
目前，现有的涂层技术通常是将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、质酸、壳聚糖等亲水润滑性聚合物制成涂层，然后涂覆到基材表面，但目前使用的水性亲水润滑涂层大多在亲水润滑性聚合物与基材之间没有强有力的吸附力或化学键结合，持久性较差。且目前的涂层多使用有机溶剂，对塑料基材腐蚀严重，影响塑料基材本身的物理及化学性质。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水性亲水润滑涂层，以期能在使用时不影响基材本身的性质，并可与基材实现良好的粘接，并能持久发挥亲水超滑的特性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种水性亲水润滑涂层，包括如下重量份的组份：
丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物5～15份；
进一步的，所述丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的制备过程为：首先在反应瓶中加入20～40重量份的溶剂，再将15～35重量份的乙烯基吡咯烷酮、2～15重量份的丙烯酰胺加入反应瓶中混合均匀；接着将0.05～0.5重量份的引发剂与8～67.8重量份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中；最后将反应瓶在70～100℃的反应温度下保温反应2～6小时，即得产品。
其中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯的一种或者多种。
再进一步的，所述水性聚氨酯固含量为30～50wt％，pH为7～11。
更进一步的，所述水性交联剂为碳化二亚胺、氮丙啶、异氰酸酯、三聚氰胺中的一种或多种。
为了更好地实现本发明，所述流平剂为水性乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂、氟改性的丙烯酸酯聚合物流平剂、聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或多种。
为了确保效果，所述溶剂为二丙酮醇、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、水中的一种或多种。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明可与基材实现良好的粘接，可在基材表面形成稳定的涂层，并拥有持久发挥亲水润滑的优异效果。本发明的涂层具有对基材无腐蚀性、涂覆工艺简单、生产效率高、湿摩擦系数低、持久耐用的优点，特别适用于聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)等材料的表面亲水改性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明的水性亲水润滑涂层，包括如下重量份的组份：丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物5～15份；水性聚氨酯10～30份；水性交联剂1～10份；流平剂1～5份；溶剂40～83份。本实施例中的水性亲水润滑涂层采用重量份为5份的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，10份的水性聚氨酯，1份的水性聚氨酯，1份的流平剂，以及83份的溶剂组成。
其中，所述的水性聚氨酯固含量为30～50wt％，pH为7～11。本实施例中采用的水性聚氨酯的固含量为30wt％，pH为7。所述水性交联剂为碳化二亚胺、氮丙啶、异氰酸酯、三聚氰胺中的一种或多种，本实施例中的水性交联剂采用的是碳化二亚胺。所述流平剂为水性乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂、氟改性的丙烯酸酯聚合物流平剂、聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或多种，本实施例中的流平剂采用的是水性乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂。所述溶剂为二丙酮醇、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、水中的一种或多种，本实施例中的溶剂采用的是二丙酮醇。
使用时，将本发明的涂层采用浸涂或喷涂方式涂覆在基材上，于50～120℃固化20～60min，即可在基材表面形成稳定的涂层，拥有持久发挥亲水润滑的优异效果。本发明的涂层具有对基材无腐蚀性、涂覆工艺简单、生产效率高、湿摩擦系数低、持久耐用的优点，特别适用于聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)等材料的表面亲水改性。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于所述的水性亲水润滑涂层采用重量份为7份的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，15份的水性聚氨酯，3份的水性聚氨酯，2份的流平剂，以及75份的溶剂组成。
其中，本实施例中采用的水性聚氨酯的固含量为35wt％，pH为8。同时，所述水性交联剂采用的是碳化二亚胺、氮丙啶、异氰酸酯、三聚氰胺组成的组合物，所述流平剂采用的是水性乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂、氟改性的丙烯酸酯聚合物流平剂、聚醚聚酯改性有机硅氧烷组成的组合物，所述溶剂采用的是二丙酮醇、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、水组成的组合物。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于所述的水性亲水润滑涂层采用重量份为10份的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，20份的水性聚氨酯，5份的水性聚氨酯，3份的流平剂，以及60份的溶剂组成。
其中，本实施例中采用的水性聚氨酯的固含量为40wt％，pH为9。同时，所述水性交联剂采用的是氮丙啶与异氰酸酯以及三聚氰胺组成的组合物，所述流平剂采用的是氟改性的丙烯酸酯聚合物流平剂与聚醚聚酯改性有机硅氧烷中组成的组合物，所述溶剂采用的是异丙醇与甲醇、乙醇、丁醇以及辛醇组成的组合物。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于所述的水性亲水润滑涂层采用重量份为12份的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，25份的水性聚氨酯，8份的水性聚氨酯，4份的流平剂，以及50份的溶剂组成。
其中，本实施例中采用的水性聚氨酯的固含量为45wt％，pH为10。同时，所述水性交联剂采用的是碳化二亚胺与三聚氰胺组成的组合物，所述流平剂采用的是氟改性的丙烯酸酯聚合物流平剂，所述溶剂采用的是二丙酮醇与水组成的组合物。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于所述的水性亲水润滑涂层采用重量份为15份的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，30份的水性聚氨酯，10份的水性聚氨酯，5份的流平剂，以及40份的溶剂组成。
其中，本实施例中采用的水性聚氨酯的固含量为50wt％，pH为11。同时，所述水性交联剂采用的是碳化二亚胺与氮丙啶以及三聚氰胺组成的组合物，所述流平剂采用的是聚醚聚酯改性有机硅氧烷，所述溶剂采用的是异丙醇与水组成的组合物。
实施例6
本发明的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的制备过程为：首先在反应瓶中加入20～40重量份的溶剂，再将15～35重量份的乙烯基吡咯烷酮、2～15重量份的丙烯酰胺加入反应瓶中混合均匀；接着将0.05～0.5重量份的引发剂与8～67.8重量份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中；最后将反应瓶在70～100℃的反应温度下保温反应2～6小时，即得产品。
本实施例中，首先加入反应瓶的溶剂的重量份为20份，再加入重量份为15份的乙烯基吡咯烷酮与重量份为2份的丙烯酰胺，再将重量份为0.05份的引发剂与重量份为67.8份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中。并且，在70℃的反应温度下保温反应2小时。
其中，所述溶剂与制成水性亲水润滑涂层的溶剂相同，该溶剂也是为二丙酮醇、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、水中的一种或多种，本实施例中的溶剂采用的是水。所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯的一种或者多种，本实施例中的引发剂则采用的是过氧化苯甲酸叔丁酯。
实施例7
本实施例与实施例6基本相同，其不同点在于制备丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的原料用量不同、反应温度以及反应时间不同。本实施例中，首先加入反应瓶的溶剂的重量份为25份，再加入重量份为20份的乙烯基吡咯烷酮与重量份为6份的丙烯酰胺，再将重量份为0.15份的引发剂与重量份为52份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中。并且，在78℃的反应温度下保温反应3小时。
同时，本实施例中的溶剂采用的是二丙酮醇与异丙醇与甲醇、乙醇、丁醇、辛醇以及水组成的组合物，所述引发剂则采用的是偶氮二异丁腈与偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯以及过氧化苯甲酸叔丁酯组成的组合物。
实施例8
本实施例与实施例6基本相同，其不同点在于制备丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的原料用量不同、反应温度以及反应时间不同。本实施例中，首先加入反应瓶的溶剂的重量份为30份，再加入重量份为25份的乙烯基吡咯烷酮与重量份为9份的丙烯酰胺，再将重量份为0.3份的引发剂与重量份为35份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中。并且，在85℃的反应温度下保温反应4小时。
同时，本实施例中的溶剂采用的是二丙酮醇与异丙醇，所述引发剂则采用的是偶氮二异丁腈与偶氮二异庚腈。
实施例9
本实施例与实施例6基本相同，其不同点在于制备丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的原料用量不同、反应温度以及反应时间不同。本实施例中，首先加入反应瓶的溶剂的重量份为35份，再加入重量份为30份的乙烯基吡咯烷酮与重量份为12份的丙烯酰胺，再将重量份为0.4份的引发剂与重量份为21份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中。并且，在92℃的反应温度下保温反应5小时。
同时，本实施例中的溶剂采用的是甲醇，所述引发剂则采用的是偶氮二异丁腈与过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯以及过氧化苯甲酸叔丁酯组成的组合物。
实施例10
本实施例与实施例6基本相同，其不同点在于制备丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的原料用量不同、反应温度以及反应时间不同。本实施例中，首先加入反应瓶的溶剂的重量份为40份，再加入重量份为35份的乙烯基吡咯烷酮与重量份为15份的丙烯酰胺，再将重量份为0.5份的引发剂与重量份为8份的溶剂混合均匀后加入反应瓶中。并且，在100℃的反应温度下保温反应6小时。
同时，本实施例中的溶剂采用的是甲醇与乙醇、丁醇、辛醇以及水组成的组合物，所述引发剂则采用的是偶氮二异丁酸二甲酯。
以上实施例1～5为说明本发明的水性亲水润滑涂层的实施例，实施例6～10为说明本发明的丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物的实施例。为了更好的说明本发明的效果，参照实施例5的水性亲水润滑涂层，采用聚乙烯吡咯烷酮(K90)代替丙烯酰胺改性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，制备对比例1的涂层；参照实施例5的水性亲水润滑涂层，不添加水性交联剂，制备对比例2的涂层。
将实施例1～5与对比例1和对比例2的涂层分别涂覆在PC板上，并将PC板在纯水中浸泡。然后测试浸泡时间为10min和30天时的水接触角、湿摩擦系数，其对比结果如下：
通过对比结果可见本发明实施例1～5的涂层在PC板上固化成膜，然后于水中浸泡10min和30天，均测得较低的、较稳定的水接触角和湿摩擦系数，说明实施例1～5的涂层在PC板上附着的牢固度与持久性良好。而比较例1和比较例2的涂层，虽然在水中浸泡10min时的测试结果与实施例1～5基本相当，也测得较低的、较稳定的水接触角和湿摩擦系数，但是在水中浸泡30天再测试时，其水接触角和湿摩擦系数均大幅度增大，说明比较例1和比较例2的涂层在PC板上发生剥落，其附着牢固度与持久性都比较差。而目前使用的水性亲水润滑涂层在性能与效果方面基本能达到比较例1和比较例2的水平，因此本发明的亲水润滑效果和耐擦拭性能都比较优异。
如上所述，便可较好的实现本发明。