本發明涉及一種耐磨、耐刮擦涂料及其制備方法。
背景技術：
塑料制品表面涂飾后，涂層的耐磨性和耐刮擦性是兩個重要指標。耐磨性和耐刮擦性都與材料的硬度和韌性有關，然而耐磨性是在相同受力條件下材料從母體剝落的程度，其反映的是材料在小應力長時間作用下的表面性能，而耐刮擦性反映的則是材料在大應力短時間作用下的表面性質。目前常用的耐磨涂料通常為含硅涂料，該涂料得到的涂層耐刮擦性依然有待改善。改善涂層耐刮擦性能的方法通常是在涂料中添加耐刮擦劑，例如酰胺類、蠟類潤滑劑，然而添加上述耐刮擦劑會有使用過程中潤滑劑析出從而導致涂層發粘的問題產生。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種耐磨、耐刮擦涂料及其制備方法，使得涂層具有優異的耐磨性和耐刮擦性，且不存在潤滑劑析出導致涂層發粘的問題。
本發明要求保護一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30-50重量份堿性硅溶膠、0-10重量份蒸餾水和2-6重量份乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加50-60重量份至少兩個官能度的烷氧基硅烷，1-3小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度介于60℃-72℃之間，滴加完畢后升溫回流0.5-2小時，冷卻降溫得到反應液；
(2)將0.01-0.03重量份碳黑加入到15-20重量份硅烷偶聯劑中，超聲分散2-3小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入6-8重量份聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5-6小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和0-16重量份溶劑，攪拌1-2小時后得到涂料。
所述堿性硅溶膠顆粒直徑為10-15nm，所述堿性硅溶膠為水性硅溶膠。
所述至少兩個官能度的烷氧基硅烷選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種。
所述溶劑選自乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、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種。
所述硅烷偶聯劑為γ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-環氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一種。
本申請與現有技術相比具有的有益效果是：
本申請通過在體系中引入碳黑與硅烷偶聯劑的混合液，以及聚四氟乙烯，大大提高了涂層的耐磨性和耐刮擦性，且不存在潤滑劑析出導致涂層發粘的問題。該涂料可廣泛用于涂覆各種熱塑性塑料，如ABS、聚苯乙烯、有機玻璃等。
具體實施方式
實施例1
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
實施例2
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入40g堿性硅溶膠和6g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加55g甲基三甲氧基硅烷，1小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為70℃，滴加完畢后升溫回流2小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm；
(2)將0.01g碳黑加入到17gγ-巰丙基三乙氧基硅烷中，超聲分散3小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和16g乙二醇丁醚，攪拌2小時后得到涂料。
實施例3
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入50g堿性硅溶膠和4g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加50g二甲基二甲氧基硅烷，3小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為65℃，滴加完畢后升溫回流0.5小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為15nm；
(2)將0.03g碳黑加入到20gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中，超聲分散3小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流6小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液，攪拌1小時后得到涂料。
實施例4
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入45g堿性硅溶膠、9g蒸餾水和2g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g苯基三乙氧基硅烷，1小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為68℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm；
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-巰丙基甲基二乙氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入7g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液，攪拌2小時后得到涂料。
實施例5
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠、5g蒸餾水和5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加52g甲基三甲氧基硅烷，1小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為15nm；
(2)將0.01g碳黑加入到15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入8g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和2g乙二醇丁醚、8g乙二醇乙醚醋酸酯，攪拌2小時后得到涂料。
實施例6
一種耐磨、耐刮擦涂料，其通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入50g堿性硅溶膠、10g蒸餾水和4g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加56g苯基三甲氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為66℃，滴加完畢后升溫回流0.5小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為10nm；
(2)將0.02g碳黑加入到18gγ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和4g二丙酮醇、8g異丁醇，攪拌1小時后得到涂料。
對比例1
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
對比例2
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫至40℃以下得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)將0.02g碳黑加入到15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
對比例3
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫至40℃以下得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯、0.02g碳黑、15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
對比例4
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫至40℃以下得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)在步驟(1)得到的反應液中加入15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
對比例5
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)將0.1g碳黑加入到15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
對比例6
所述涂料通過如下方法制備得到：
(1)在反應器中加入30g堿性硅溶膠和2.5g乙酸的混合液，升溫使體系的溫度達到60℃時開始滴加60g甲基三乙氧基硅烷，2小時滴加完畢，滴加過程中控制反應體系的溫度為60℃，滴加完畢后升溫回流1小時，冷卻降溫得到反應液；其中，堿性硅溶膠顆粒直徑為12nm；
(2)將0.001g碳黑加入到15gγ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中，超聲分散2小時得到混合液；
(3)在步驟(1)得到的反應液中加入6g聚四氟乙烯升溫回流，體系回流5小時后降溫，當體系的溫度小于40℃時加入步驟(2)得到的混合液和10g異丙醇，攪拌2小時后得到涂料。
性能檢測：
將實施例1-6和對比例1-6中的涂料在有機玻璃表面制備耐磨涂層。涂料涂裝后表干時間不小于30min，表干后在80℃-85℃的環境中烘烤，烘烤時間不小于120min。對涂層的耐磨、耐刮擦性能進行測試。
1.耐磨性：
采用《漆膜耐磨性測定法(GB/T1768-79(89))》和《實木復合地板(GB/T18103-2000)》兩者結合檢測試件表面的耐磨性。
采用磨耗儀(JM-IV型，上海現代環境工程技術研究所)，使用旋轉磨擦橡膠輪法(GB/T15102-1994附錄A)，分別以經規定研磨轉數研磨后涂層質量損耗(失重法)的平均值，
或以磨損同一厚度涂層所需的平均研磨轉數(轉數法)二種方法表示與評價耐磨性。
2.耐刮擦性
2.1耐刮擦性(指甲劃痕)
將涂層的表面用指甲刮劃10個來回，目視觀察表面，按照以下的基準進行評價。
○：刮劃后痕跡消失，耐劃傷性高
△：刮劃后殘留有少許痕跡，耐劃傷性稍微低，但是實用上沒有問題
×：刮劃后殘留有痕跡，耐劃傷性低，實用上有問題
2.2耐刮擦性(鋼絲棉)
對涂層的表面，用鋼絲棉(#0000)以荷載1.5kgf摩擦10個來回，目視觀察表面，按照以下的基準進行評價。
○：摩擦后傷跡消失，耐劃傷性高
△：摩擦后殘留有少許傷跡，耐劃傷性稍微低，但是實用上沒有問題
×：摩擦后殘留有傷跡，耐劃傷性低，實用上有問題
涂層的耐磨、耐刮擦性能見表1
表1涂層的耐磨性和耐刮擦性對照試驗結果
由表1中的試驗數據可以看出，對比例4的涂料中不含碳黑和聚四氟乙烯，對比例1的涂料中不含碳黑，對比例2的涂料中不含聚四氟乙烯，對比例3涂料的原料與實施例1相同，但是制備方法不同，對比例5-6的涂料中碳黑的用量未落入本申請的范圍內，與上述對比例相比，本申請實施例1-6中的涂料得到的涂層具有優異的耐磨性和耐劃傷性。