用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料制造技术

本发明专利技术公开了用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，以质量百分比计，其原料组分组成为：硅酸钾5‐15％、硅酸锂10‐30％、硅烷偶联剂0.5‐5％、氟硅酸盐1‐5％、硼酸盐1‐5％、润湿剂0.1‐2％、缓冲剂0.5‐2％、成膜助剂1‐5％，其余为水。其制备工艺为将组分在室温下混合均匀，在25‐60℃间搅拌1‐3h，过滤包装。本发明专利技术是用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，对基材具有优异的保护能力，使基材表面呈现疏水状态，能提高基材耐磨性、耐高温性及易清洁能力。

High hardness, easy to clean, hydrophobic coatings for wood, metal and plastic surfaces

The invention discloses a high hardness transparent and easy cleaning hydrophobic coating for wood, metal and plastic surface. With mass percentage, the material group is divided into potassium silicate 5 - 15%, lithium silicate 10 - 30%, silane coupling agent 0.5 - 5%, fluorosilicate 1 - 5%, borate 1 - 5%, wetting agent 0.1 - 2%, buffer 0.5 ~ 2 %, 1 - 5% for film forming auxiliaries and water for the rest. The preparation process is to mix the components evenly at room temperature, stirring 1 to 3H at 25 to 60 degrees, and filtering packaging. The invention is a high hardness, transparent and easy cleaning hydrophobic coating for wood, metal and plastic surface. It has excellent protection ability to the base material, makes the surface of the base material present hydrophobic state, and can improve the wearability, high temperature resistance and easy cleaning ability of the base material.

【技术实现步骤摘要】
用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料
本专利技术涉及涂料
，尤其是涉及一种用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料。
技术介绍
随着人民生活水平的提高，对金属提出了越来越多的特殊功能需求，如易清洁功能。生活中，工业生产、家居环境中金属表面容易沾上各种油污，更有一些木材、金属和塑料是在高油污环境下工作，如家居环境中油烟机、微波炉或烤箱、家俱等。油污长时间附着在木材、金属和塑料表面后，即使使用专用油污清洗剂，也很难清洗金属表面的油污。现有的木材、金属和塑料表面易清洁水玻璃亲水涂料具有耐磨性能、耐酸、耐碱性能以及耐高温性、耐高湿性能差，在产品初期能保持对油污良好的易清洁能力，但使用一段时间后易清洁性能迅速降低，涂层外观亦被破坏，出现发白、掉色甚至脱落现象。这是由于涂层长时间处于工作环境中，受介质影响，涂层表面硅酸盐涂层中的Si‐O‐Si键被破坏，同时涂层中的金属离子如K+、Li+流失，涂层表面的羟基自由基大量减少，使涂层亲水性能降低，造成涂层外观被破坏，涂层易清洁性能大幅度降低。
技术实现思路
为满足在油污环境下工作的木材、金属和塑料的耐油污、易清洁要求，本专利技术提供了一种用于木材、金属和塑料表面的高硬度耐磨透明易清洁疏水涂料，该涂料在木材、金属和塑料表面制备的涂层能使金属具有高耐磨性能、耐酸性能、耐碱性能、耐候性能、耐油污性能以及易清洁性能；适用于工厂、车间、家居等环境中木材、金属和塑料表面的处理。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，以质量百分比计，其原料组分组成为：硅酸钾5‐15％、硅酸锂10‐30％、硅烷偶联剂0.5‐5％、氟硅酸盐1‐5％、硼酸盐1‐5％、润湿剂0.1‐2％、缓冲剂0.5‐2％、成膜助剂1‐5％，其余为水；所述硅烷偶联剂为γ‐缩水甘油醚基三甲氧基硅烷(KH560)、γ‐氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ‐甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3‐氨基丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述硼酸盐为二硼酸钙、四硼酸钙、四硼酸钠和四硼酸中的至少一种；所述氟硅酸盐为氟硅酸钙、氟硅酸钠和氟硅酸钾中的至少一种；所述润湿剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚和聚醚改性有机硅中的一种或两种以上；所述的成膜助剂为丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、N，N‐二甲基甲酰胺和异丁醇中的一种或多种；涂料中，硅酸钾和硅酸锂分别以水溶液形式存在，其中硅酸锂质量百分比浓度为10‐30％，硅酸钾质量百分比浓度为硅酸钾5‐15％。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述高硬度透明易清洁疏水涂料形成的涂膜外观透明平整，硬度为6H‐9H，附着力为0‐1级，与水接触角100‐130°，在工作环境下易清洁性能保持时间为1年以上；在纯水、沸水、pH＝3的酸液、pH＝13的碱液、5％NaCl水溶液的盐雾、100℃水蒸气的高温水汽中浸泡48小时时间后，或者在20000次耐磨实验后仍能保持外观透明平整及易清洁性能。优选地，所述涂料为无色透明液体，固体含量为20‐30％，黏度为5‐20mPa.s，室温贮存时间6‐12月。优选地，所述硅酸钾水溶液的模数为2.0‐5.0，其固体含量为40‐50％.优选地，所述硅酸锂水溶液，其模数为3.0‐8.0，其固体含量为20‐30％。优选地，所述缓冲剂为EDTA、EDTA二钠、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种。优选地，所述聚醚改性有机硅为TEGO‐245、BYK‐346或DC67。优选地，所述高硬度透明易清洁疏水涂料制备时是将原料各组分混合均匀后，于25‐60℃搅拌1‐3h，过滤包装。优选地，所述高硬度透明易清洁疏水涂料的施工为喷涂或刷涂施工，涂层先在50‐80℃下烘干10‐60分钟，再在250‐300℃下干燥。优选地，所述再在250‐300℃下干燥的时间为0‐60分钟。本专利技术的基本原理：硅酸盐涂料作为无机高分子涂料具有原料丰富、成本低廉、无污染、耐高温和耐老化等优点。硅酸钾能赋予涂层良好的易清洁性能及成膜性，但涂层的耐水性差，而硅酸锂能提高涂层的耐水性，却会降低涂层的成膜性。材料表面疏水性是由材料表面化学性质以及微纳结构所决定的，在本专利技术的涂层中，疏水性是由改性有机硅的疏水基团赋予的，有机硅的Si原子连接有甲基等，使其具有良好的疏水性、弹性及柔韧性；此外，硅烷偶联剂水解后生成的羟基，能使其与含有羟基的无机组分(如涂层表面硅原子结合的羟基)、有机组分(如改性有机硅)结合。硅酸盐涂料中的硅酸锂与硅酸钾胶体粒子具有不同的水合半径；而不同模数的硅酸锂与硅酸钾原料具有不同的硅含量和聚合度，亦导致硅酸锂与硅酸钾离子具有不同的半径；此外，通过改变涂料搅拌时间及温度，调整涂料中的聚合硅酸盐离子的聚合程度，而改变涂料中的硅酸锂与硅酸钾的粒径。现有易清洁亲水涂层技术没有通过调制涂料粒径及锂离子与钾离子比例来改善涂层的致密性硬度，导致涂层硬度及耐候性不够，长期处于工作环境中，涂层表面的Si‐O‐Si键被破坏，同时涂层中的金属离子如锂离子、钾离子极易流失，涂层表面的羟基自由基大量减少，造成涂层外观被破坏，涂层亲水性下降，易清洁性能大幅度降低。本专利技术调制了硅酸盐离子的粒径，调整了涂料中锂离子与钾离子的比例、不同粒径硅酸盐离子的比例及锂离子与钾离子的比例。通过调整锂离子与钾离子的比例，在成膜性及耐水性方面折中取舍，使涂层既具有良好的成膜性，也具有优秀的耐水性；同时，通过使用硅烷偶联剂作为无机水玻璃及有机硅之间的桥梁，将二者结合起来，形成“无机硅‐硅烷偶联剂‐有机硅”的结构，赋予涂层良好的疏水性；在涂料形成涂层的过程中，大粒径的离子相互接触并缩合团聚，而小粒径的离子可以填补大粒径离子间的缝隙，使涂层更致密、均一，优化了涂层表面微纳结构，致密的涂层提高了锂离子与钾离子与硅酸盐的结合力，大大降低了锂离子与钾离子的流失；完整的Si‐O‐Si网状结构、锂离子和钾离子的低流失率，提高了涂层表面羟基的数量，从而提高涂层的致密性、硬度及耐候性。通过改性有机硅对水玻璃进行改性，赋予涂层耐水性，同时协调涂料粘度、储藏时间和涂层耐水性；通过硼酸盐及氟硅酸盐作固化剂，促进水玻璃的聚合和二氧化硅的缩合，提高固化效果；用润湿剂调整涂料的喷涂性能；用缓冲剂辅助提高涂料稳定性，并进一步调整涂料的粒径，以提高涂料的综合性能。本专利技术涂料制备的涂层表征涉及加速老化实验，是将涂层在常温、1KG压力下用百洁布在充分润湿市售pH＝13洗涤剂环境下摩擦20000次；将涂层置于湿度98％，温度65℃环境下存放98小时；将涂层在常温下浸泡于pH＝3的白醋中48小时；将涂层在常温下浸泡于pH＝13的市售洗涤剂中48小时；将涂层在常温下浸泡于纯水中48小时；将涂层用纯水煮沸2小时。在老化后，对涂层进行油性笔测试以表征涂层的实际易清洁性能，即用油性笔在涂层上画出笔迹，干燥后用湿抹布擦拭，查看是否有笔迹残留来表征涂层实际易清洁能力。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点和有益效果：1)本专利技术制备的涂层具有良好的硬度、疏水水性及耐候性，在介质中加速老化后仍能保持一定的疏水性，使涂层具有更高的易清洁性能。本专利技术涂料需要在25℃‐60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，其特征在于，以质量百分比计，其原料组分组成为：硅酸钾5‐15％、硅酸锂10‐30％、硅烷偶联剂0.5‐5％、氟硅酸盐1‐5％、硼酸盐1‐5％、润湿剂0.1‐2％、缓冲剂0.5‐2％、成膜助剂1‐5％，其余为水；所述硅烷偶联剂为γ‐缩水甘油醚基三甲氧基硅烷、γ‐氨丙基三乙氧基硅烷、γ‐甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3‐氨基丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述硼酸盐为二硼酸钙、四硼酸钙、四硼酸钠和四硼酸中的至少一种；所述氟硅酸盐为氟硅酸钙、氟硅酸钠和氟硅酸钾中的至少一种；所述润湿剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚和聚醚改性有机硅中的一种或两种以上；所述的成膜助剂为丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、N，N‐二甲基甲酰胺和异丁醇中的一种或多种；涂料中，硅酸钾和硅酸锂分别以水溶液形式存在，其中硅酸锂质量百分比浓度为10‐30％，硅酸钾质量百分比浓度为硅酸钾5‐15％。

【技术特征摘要】
1.一种用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，其特征在于，以质量百分比计，其原料组分组成为：硅酸钾5‐15％、硅酸锂10‐30％、硅烷偶联剂0.5‐5％、氟硅酸盐1‐5％、硼酸盐1‐5％、润湿剂0.1‐2％、缓冲剂0.5‐2％、成膜助剂1‐5％，其余为水；所述硅烷偶联剂为γ‐缩水甘油醚基三甲氧基硅烷、γ‐氨丙基三乙氧基硅烷、γ‐甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3‐氨基丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述硼酸盐为二硼酸钙、四硼酸钙、四硼酸钠和四硼酸中的至少一种；所述氟硅酸盐为氟硅酸钙、氟硅酸钠和氟硅酸钾中的至少一种；所述润湿剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚和聚醚改性有机硅中的一种或两种以上；所述的成膜助剂为丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、N，N‐二甲基甲酰胺和异丁醇中的一种或多种；涂料中，硅酸钾和硅酸锂分别以水溶液形式存在，其中硅酸锂质量百分比浓度为10‐30％，硅酸钾质量百分比浓度为硅酸钾5‐15％。2.根据权利要求1所述的用于木材、金属和塑料表面的高硬度透明易清洁疏水涂料，其特征在于，所述高硬度透明易清洁疏水涂料形成的涂膜外观透明平整，硬度为6H‐9H，附着力为0‐1级，与水接触角100‐130°，在工作环境下易清洁性能保持时间为1年以上；在纯水、沸水、pH＝3的酸液、pH＝13的碱液、5％NaCl水溶液的盐雾、100℃水蒸气的高温水汽中浸泡48小时时间后，或者在20000次耐磨实验后仍能保持外观透明平整及易清洁性能。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿金清，王磊，刘栋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44