一种吸波涂料组合物、吸波涂料及其制备方法和应用、吸波涂层与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种吸波涂料组合物、吸波涂料及其制备方法和应用、吸波涂层。


背景技术：

2.易清洁涂层为表面具有疏水、疏油和抗污染等特征的涂层，在家用电器、卫浴、汽车或建筑等行业有广泛的应用前景。易清洁涂层具有较低的表面能，对水和油具有很高的润湿角，污渍难以在表面附着，即使附着也不牢固，在自重或者外力作用下很容易脱落。
3.目前，易清洁涂层主要有有机硅、含氟低表面能涂层和氟硅树脂等涂料体系。但是，现有的易清洁涂层技术尚未达到市场预期的水平，市场上部分产品稳定性差，在使用过程中疏油效果会逐渐丧失，会出现涂层硬度低、耐磨性差等问题。
4.现有的微波炉或微波烤箱的烤盘采用的吸波材料大都是将吸波粉料混合分散在树脂中，通过高温固化在金属或者陶瓷盘表面，形成吸波材料层，从而达到烤盘吸收微波能量进而对食物进行烘焙、烧烤的目的。
5.但是，吸波材料厚重不利于产品的外观设计，也不利于使用者的使用体验。尤其对于一些形状或结构比较特殊的烤盘，较厚的涂层是不能够满足使用需求的，也会产生附着能力差、成本高、吸热传热效率低等问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术存在的家用电器用材料表面难以清洁，以及涂层硬度低、耐磨性差、吸热传热效率低的问题。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种吸波涂料组合物，该涂料组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：环氧改性有机硅树脂、聚醚改性聚硅氮烷、改性硅油、吸波剂和溶剂；
8.以所述涂料组合物的总质量为基准，所述环氧改性有机硅树脂的含量为10
‑
40质量％，所述聚醚改性聚硅氮烷的含量为5
‑
20质量％，所述改性硅油的含量为0.05
‑
0.5质量％，所述吸波剂的含量为1
‑
5质量％，所述溶剂的含量为34.9
‑
82.95质量％；
9.其中，所述聚醚改性聚硅氮烷的结构通式为f(c
x
f
2x
o)
m
c
y
f
2y
‑
c
z
h
2z
‑
(r1si
‑
nr2)
n
，在该式中，x、y和z各自独立地选自1
‑
10的整数；m、n各自独立地选自1
‑
100的整数；r1和r2各自独立地选自氢、c1‑
20
的烷基、c2‑
20
的烯基、c6‑
20
的芳基、c1‑
20
的烷氧基、c1‑
20
烷基
‑
nh
‑
。
10.本发明第二方面提供一种制备吸波涂料的方法，该方法包括：将前述第一方面所述的吸波涂料组合物中的各组分进行混合。
11.本发明第三方面提供由前述第二方面所述的方法制得的吸波涂料。
12.本发明第四方面提供前述第三方面所述的吸波涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。
13.本发明第五方面提供前述第三方面所述的吸波涂料在厨房电器中的应用。
14.本发明第六方面提供一种吸波涂层，该涂层是将前述第三方面所述的吸波涂料喷涂覆于基体表面后依次经过干燥和固化得到的。
15.与现存涂料技术相比，本发明提供的吸波涂料组合物及吸波涂层至少具有如下优势：
16.本发明提供的吸波涂料组合物制备得到的吸波涂层具有易清洁、硬度高、附着性佳的优点；特别地，将该涂层应用于微波炉或微波烤箱中，还能够提高将微波能量转化为热量的效率，达到快速吸热和传热的目的。
17.本发明的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
18.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
19.需要说明的是，在本发明的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本发明仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
20.在没有相反说明的情况下，本发明所述的室温为25
±
2℃。
21.所述c1‑
20
的烷基是指碳原子总数为1
‑
20的烷基，包括直链烷基和支链烷基，例如可以为c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c
10
、c
11
、c
12
、c
13
、c
14
、c
15
、c
16
、c
17
、c
18
、c
19
或c
20
的烷基。“c1‑
10
的烷基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
22.所述c2‑
20
的烯基是指碳原子总数为2
‑
20的烯基，包括直链烯基和支链烯基，例如可以为c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c
10
、c
11
、c
12
、c
13
、c
14
、c
15
、c
16
、c
17
、c
18
、c
19
或c
20
的烯基。“c2‑
10
的烯基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
23.所述c6‑
20
的芳基是指碳原子总数为6
‑
20的芳基，例如可以为苯基、烷基取代的苯基、萘基、烷基取代的萘基、联苯基、烷基取代的联苯基等。“c6‑
12
的芳基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
24.所述c1‑
20
的烷氧基是指碳原子总数为1
‑
20的烷氧基，例如可以为c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c
10
、c
11
、c
12
、c
13
、c
14
、c
15
、c
16
、c
17
、c
18
、c
19
或c
20
的烷氧基。“c1‑
10
的烷氧基”具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
25.所述c1‑
20
烷基
‑
nh
‑
是指：n上的一个取代基为c1‑
20
烷基，示例性地，c1‑
20
烷基
‑
nh
‑
例如可以为ch3‑
nh
‑
，该“ch
3”可以替换成选自c1‑
20
烷基的任意基团。“c1‑
10
烷基
‑
nh
‑”
具有与此类似的解释，仅仅是碳原子总数不同。
26.如前所述，本发明的第一方面提供了一种吸波涂料组合物，该涂料组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：环氧改性有机硅树脂、聚醚改性聚硅氮烷、改性硅油、吸波剂和溶剂；
27.以所述涂料组合物的总质量为基准，所述环氧改性有机硅树脂的含量为10
‑
40质量％，所述聚醚改性聚硅氮烷的含量为5
‑
20质量％，所述改性硅油的含量为0.05
‑
0.5质量％，所述吸波剂的含量为1
‑
5质量％，所述溶剂的含量为34.9
‑
82.95质量％；
28.其中，所述聚醚改性聚硅氮烷的结构通式为f(c
x
f
2x
o)
m
c
y
f
2y
‑
c
z
h
2z
‑
(r1si
‑
nr2)
n
，在该式中，x、y和z各自独立地选自1
‑
10的整数；m、n各自独立地选自1
‑
100的整数；r1和r2各自独立地选自氢、c1‑
20
的烷基、c2‑
20
的烯基、c6‑
20
的芳基、c1‑
20
的烷氧基、c1‑
20
烷基
‑
nh
‑
。
29.优选地，以所述涂料组合物的总质量为基准，所述环氧改性有机硅树脂的含量为10
‑
30质量％，所述聚醚改性聚硅氮烷的含量为5
‑
10质量％，所述改性硅油的含量为0.05
‑
0.2质量％，所述吸波剂的含量为2
‑
5质量％，所述溶剂的含量为54.8
‑
82.95质量％。
30.在该优选的实施方式下，发明人发现能够获得疏水疏油效果更好的吸波涂层。
31.优选地，所述环氧改性有机硅树脂为环氧改性聚硅氧烷树脂。在该优选的实施方式下，发明人发现能够获得硬度更高、附着性更佳的吸波涂层。
32.优选地，所述聚醚改性聚硅氮烷的结构通式中，r1和r2各自独立地选自氢、c1‑
10
的烷基、c2‑
10
的烯基、c6‑
12
的芳基、c1‑
10
的烷氧基、c1‑
10
烷基
‑
nh
‑
。
33.优选地，所述聚醚改性聚硅氮烷的分子量为100
‑
1000；优选为500
‑
1000。
34.更优选地，所述聚醚改性聚硅氮烷为购于广州弘海化工科技有限公司的聚醚改性聚硅氮烷。在该优选的实施方式下，发明人发现本发明能够获得更易清洁的吸波涂层。
35.优选地，所述改性硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、甲基含氢硅油、甲基氟硅油、甲基苯基硅油、聚醚改性硅油和氨基改性硅油中的至少一种。
36.优选地，所述改性硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、甲基含氢硅油中的至少一种。在该优选的实施方式下，能够获得疏水疏油效果更好、附着性更佳的吸波涂层。
37.优选地，所述吸波剂选自石墨、纳米碳化硅、纳米氮化硅中的至少一种。
38.优选地，纳米碳化硅的平均粒径为10
‑
100nm。
39.优选地，纳米氮化硅的平均粒径为20
‑
80nm。
40.更优选地，所述吸波剂为石墨和纳米碳化硅的混合物，其中石墨和纳米碳化硅的含量质量比为1:4至4:1。在该优选的实施方式下，发明人发现能够获得吸热传热效率更高的吸波涂层。
41.优选地，所述溶剂选自正己烷、正辛烷、正癸烷、三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、乙醚、石油醚、甲苯、二甲苯、间二三氟甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二乙二醇二甲醚、氢氟醚da308、全氟庚烷、全氟甲基环己烷、四氢呋喃和丙二醇单甲醚乙酸酯中的至少一种。
42.更优选地，所述溶剂选自正己烷、石油醚、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。
43.如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备吸波涂料的方法，该方法包括：将前述第一方面所述的吸波涂料组合物中的各组分进行混合。
44.优选地，将所述吸波涂料组合物中的各组分进行混合的操作包括以下步骤：
45.(1)在溶剂存在下，将组合a中的各组分进行第一接触反应，得到稀释液，所述组合a中含有环氧改性有机硅树脂和改性硅油；
46.(2)将所述稀释液与组合b中的各组分进行第二接触反应，得到所述吸波涂料，所述组合b中含有聚醚改性聚硅氮烷和吸波剂。
47.优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为400
‑
1200rpm，温度为20
‑
40℃，时间为5
‑
60min。
48.更优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为500
‑
1000rpm，温度为23
‑
25℃，时间为15
‑
30min。
49.优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为600
‑
2500rpm，温度为20
‑
40℃，时间为5
‑
60min。
50.更优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000
‑
2000rpm，温度为23
‑
25℃，时间为15
‑
25min。
51.如前所述，本发明的第三方面提供了由前述第二方面所述的方法制得的吸波涂料。
52.如前所述，本发明的第四方面提供了前述第三方面所述的吸波涂料在家用电器、卫浴或汽车中的应用。
53.如前所述，本发明的第五方面提供了前述第三方面所述的吸波涂料在厨房电器中的应用。
54.如前所述，本发明的第六方面提供了一种吸波涂层，该涂层是将前述第三方面所述的吸波涂料喷涂覆于基体表面后依次经过干燥和固化得到的。
55.优选地，所述基体为陶瓷基体。
56.优选地，所述涂层的厚度为0.1
‑
100μm，优选为1
‑
20μm。
57.优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为20
‑
40℃，时间为0.5
‑
2h。
58.更优选地，所述干燥的条件至少满足：温度为23
‑
25℃，时间为0.5
‑
1h。
59.优选地，所述固化的条件至少满足：温度为80
‑
250℃，时间为0.5
‑
5h。
60.更优选地，所述固化的条件至少满足：温度为120
‑
180℃，时间为0.5
‑
2h。
61.以下将通过实例对本发明进行详细描述。
62.以下实例中，在没有特别说明的情况下，涉及到的实验仪器和原料均为市售品。
63.实验仪器
64.全自动水接触角测试仪：bld
‑
d1，东莞博莱德仪器设备有限公司；
65.喷涂仪器：w
‑
71喷枪，日本岩田公司，喷涂距离200(mm)，喷嘴口径0.8mm，空气压力0.3mpa。
66.原料
67.环氧改性有机硅树脂：环氧改性聚硅氧烷树脂，分子量为2000，牌号sh
‑
023，深圳吉鹏公司；
68.聚醚改性聚硅氮烷：分子量为900，牌号f350，广州弘海化工科技有限公司；
69.改性硅油：甲基硅油，湖北新四海化工股份有限公司；
70.改性硅油：甲基含氢硅油，湖北新四海化工股份有限公司；
71.改性硅油：乙烯基硅油，湖北新四海化工股份有限公司；
72.改性硅油：甲基苯基硅油，湖北新四海化工股份有限公司；
73.改性硅油：甲基氟硅油，湖北新四海化工股份有限公司；
74.吸波剂：纳米碳化硅，平均粒径为40nm，北京德科岛金科技有限公司；
75.吸波剂：纳米氮化硅，平均粒径为20nm，北京德科岛金科技有限公司；
76.吸波剂：石墨，平均粒径为100nm，北京德科岛金科技有限公司；
77.溶剂：甲苯，济南裕诺化工有限公司；
78.溶剂：二甲苯，济南裕诺化工有限公司；
79.溶剂：乙酸乙酯，济南裕诺化工有限公司；
80.溶剂：正己烷，济南裕诺化工有限公司；
81.溶剂：乙酸丁酯，济南裕诺化工有限公司；
82.溶剂：石油醚，济南裕诺化工有限公司；
83.溶剂：丙酮，济南裕诺化工有限公司；
84.基体：陶瓷基体，购自佛山市胜坤耐火材料有限公司。
85.以下实例中的组分用量均以涂料组合物的总质量为基准，以质量％表示。
86.以下实例中，涉及到的性能测试方法如下：
87.1、水接触角测试
88.水接触角采用全自动水接触角测试仪进行测试。
89.2、硬度测试
90.硬度按照国家标准gb/t6739
‑
2009进行测试。
91.3、附着力性能测试
92.附着力性能按照国家标准gb/t 9286
‑
1998进行测试。
93.实施例1
94.本实施例用于说明本发明所述的吸波涂料组合物按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法制备吸波涂料。
95.所述制备吸波涂料的方法包括以下步骤：
96.(1)将环氧改性聚硅氧烷树脂、甲基硅油和甲苯加入烧杯中，在室温下以500rpm搅拌15min，得到稀释液；
97.(2)将所述稀释液与聚醚改性聚硅氮烷、纳米碳化硅和石墨加入烧杯中，在室温下以1000rpm搅拌20min，得到所述吸波涂料。
98.采用喷涂仪器将所述吸波涂料喷涂覆于陶瓷基体表面上，形成涂料层，然后将具有涂料层的陶瓷基体在室温下干燥1h，然后将具有涂料层的陶瓷基体放入温度为120℃的烘箱中固化2h，得到吸波涂层s1。
99.在没有特别说明的情况下，其余实施例采用与实施例1相同的流程进行，不同的是所采用的吸波涂料组合物配方和工艺参数不同，具体参见表1中。
100.对比例1
101.本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中不含有聚醚改性聚硅氮烷，具体参见表1。
102.对比例2
103.本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中采用等质量的氟硅树脂替代环氧改性有机硅树脂。
104.对比例3
105.本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中采用等质量的氟改性聚硅氮烷替代聚醚改性聚硅氮烷。
106.对比例4
107.本对比例采用与实施例1相似的步骤进行，所不同的是：配方中不含有纳米碳化
硅、纳米氮化硅和石墨，具体参见表1。
108.表1
[0109][0110][0111]
表1(续表)
[0112]
[0113][0114]
采用前述测试方法对各实例中获得的吸波涂层进行性能测定，具体结果见表2。
[0115]
表2
[0116]
[0117][0118]
从以上结果可以看出，本发明提供的吸波涂料组合物制备得到的吸波涂层具有易清洁、硬度高、附着性佳的优点；特别地，该涂层还能够提高将微波能量转化为热量的效率，达到快速吸热和传热的目的。
[0119]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。