一种高性能砂纸用涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料，具体是涉及一种高性能砂纸用涂料及其制备方法。

背景技术：

1、砂纸，一种机械加工行业必备的磨削用具，其需求和使用量正随着机械加工业、建筑业水平和工业科技水平的发展呈现出逐年增长的趋势。生产砂纸的原材料有砂粒、胶布、涂料等，其生产工艺步骤可以分为坯布开卷，涂胶，植砂，复胶，固化，涂层等工艺步骤。

2、现有砂纸通常存在不利于排屑，散热性低，易脱落等问题，严重影响砂纸的磨削效率和寿命。为了解决这一技术问题，现有技术大都对涂层进行改性处理。然而，现有技术大都在溶剂型涂层基础上进行改进，由于其以有机溶剂作为分散介质，在使用过程中会产生大量的挥发性有机物（vocs），破坏生态环境，从人体健康、环境保护等很多方面来看都有很大的安全隐患。为了响应国家和社会对环保的需求，研究人员开始摒弃传统的溶剂性涂层，转而致力于开发绿色环保，无毒无害的新型水性涂层材料。其中，水性聚氨酯涂层在砂纸上的应用受到了广泛关注。与传统的溶剂性聚氨酯不同的，水性聚氨酯体系内无有机溶剂，无毒且不污染环境，因此在使用过程中有效减少了 vocs 的排放，满足了绿色环保的需求。同时，水性聚氨酯除了继承了溶剂性聚氨酯部分优异的力学性能外，还具有价格低廉，容易运输保存，低温成膜性好、相对来说使用方便，耐低温、耐磨性和附着力好等优点。然而，由于水性聚氨酯分子主链上含亲水基团，这些基团使形成的胶膜具有较高的表面自由能，因而表现出较差的耐水性，导致砂纸涂料与磨料之间的结合力较差。在使用过程尤其是湿磨环境中，磨料容易掉落，打磨不均匀，摩擦产生的热量还会导致砂纸的排屑能力变差，产生砂纸堵塞现象，影响砂纸的磨削效率及寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种高性能砂纸用涂料及其制备方法，该涂料解决了砂纸湿磨过程中粘合力低、易堵塞、不耐水的技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。

3、本发明的第一个方面，提供一种高性能砂纸用涂料，包括如下重量份的原料：

4、硬脂酸金属盐 30-50份、

5、水性聚氨酯分散液 20-30份、

6、羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片2-10份、

7、多氨基硅烷偶联剂 1-2份、

8、分散剂 0.1-2份、

9、消泡剂 0.1-2份、

10、水 40-70份；

11、其中，羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片为将六方氮化硼粉末与羟乙基纤维素在水溶液中球磨干燥后制得，具体可参考cn117304535a、cn113416334a等专利；六方氮化硼粉末与羟乙基纤维素的质量之和即为羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片的质量，六方氮化硼粉末与羟乙基纤维素的质量比为1：（1-1.2）；进一步的，羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片为5-6份。

12、氮化硼具有良好的耐磨性和导热性能。然而，现有技术通常直接添加氮化硼粉末。氮化硼粉末呈颗粒状结构，添加量少时，难以形成连续结构，耐磨性和导热性提高有限；添加量多时，存在易团聚和析出的技术问题。氮化硼纳米片具有片层结构，少量添加即可形成连续结构，不仅提高了涂层的力学性能和耐磨性，而且可以提高导热系数，防止热量聚集，导致涂层附着力降低，发生起皮、脱落现象。本发明氮化硼纳米片采用具有良好水溶性的羟乙基纤维素作为剥离剂，相对于现有技术常见的高压均质、碱液处理等剥离技术，具有更优的性能。首先，羟乙基纤维素具有众多的含氧官能团，球磨过程中，羟乙基纤维素不仅可以起到辅助剥离的作用，防止纳米片破碎；而且在球磨高压作用下，其可以与氮化硼纳米片形成氢键，提高氮化硼纳米片在水溶液中的分散性能，防止其团聚，改善涂层的导热性能和耐磨性能。此外，羟乙基纤维素作为常见的增稠剂，还可以与水性聚氨酯残留的氰酸酯基、氨基以及多氨基硅烷偶联剂上的氨基形成化学键，羟乙基纤维素与多氨基硅烷偶联剂均起到了与水性聚氨酯交联固化的作用，使涂层形成一个致密的网络结构，提高涂层致密度和耐水性能，减少湿磨过程中水分对涂层的影响。

13、本发明以水性聚氨酯作为涂层基体树脂，以水为溶剂，无污染、对环境友好、机械性能优良、相容性好、附着力强；与氮化硼纳米片杂化形成坚固的分级纳米结构；涂层经过磨损后，仍具有良好的耐久性。

14、硬脂酸金属盐不仅是本领域常见的润滑剂，可起到改善涂层各物质的分散性，抑制小分子成分析出的作用；而且，硬脂酸金属盐本身还具有良好的吸热能力，与氮化硼纳米片联合使用能够提高砂纸湿磨过程中的稳定性，防止热量聚集。

15、多氨基硅烷偶联剂中的伯胺基、仲氨基、叔氨基可以与水性聚氨酯和羟乙基纤维素上的活性官能团反应，起到交联固化的作用，提高涂层耐磨性和耐水性；同时，多氨基硅烷偶联剂中的含硅基团可与氮化硼纳米片表面的羟基反应，起到偶联剂作用，进一步提高氮化硼纳米片的分散性能。

16、所述硬脂酸金属盐选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡中的一种或几种。

17、所述水性聚氨酯分散液固含量为40-50wt%；水性聚氨酯类型并无特别限定，其可采用本领域常见的多异氰酸酯类物质与二元醇反应，然后加入亲水性扩链剂反应后，均匀分散制得。

18、所述羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片制备工艺为：将羟乙基纤维素溶于去离子水中，然后加入六方氮化硼粉末，球磨后得到羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片悬浮液，干燥后即得羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片。

19、所述球磨工艺为在400-600rpm转速下球磨10-14h。

20、所述多氨基硅烷偶联剂选自3-二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基三乙氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

21、所述分散剂选自木质素磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚丙烯酸钠盐和聚丙烯酸钾盐中的一种或几种。

22、所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、甘油聚氧丙烯醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或几种。

23、本发明的第二个方面，提供一种高性能砂纸用涂料的制备方法，包括如下步骤：

24、（1）将水分成两份，将水性聚氨酯分散液加入第一份水中，然后加入硬脂酸金属盐、分散剂和消泡剂，充分搅拌，得第一混合液；

25、（2）向第二份水中加入羟乙基纤维素改性氮化硼纳米片和多氨基硅烷偶联剂，充分搅拌，得第二混合液；

26、（3）将第二混合液加入第一混合液中，充分搅拌，静置，出料，即得高性能砂纸用涂料。

27、步骤（1）中，将水分成两等份，搅拌速率为500-600r/min；步骤（2）中搅拌速率为600-800r/min；步骤（3）中搅拌速率为500-700r/min。

28、与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：本发明制备的砂纸用涂料解决了砂纸湿磨过程中粘合力低、易堵塞、不耐水的技术问题。以水性聚氨酯作为涂层基体树脂，以水为溶剂，无污染、对环境友好。氮化硼纳米片提高了涂层的力学性能、耐磨性和导热系数。采用具有良好水溶性的羟乙基纤维素作为剥离剂，不仅可以起到辅助剥离的作用，防止纳米片破碎；而且其可以与氮化硼纳米片形成氢键，提高氮化硼纳米片在水溶液中的分散性能，改善涂层的导热性能和耐磨性能。羟乙基纤维素还可以与水性聚氨酯残留的氰酸酯基、氨基以及多氨基硅烷偶联剂上的氨基形成化学键，使涂层形成一个致密的网络结构，提高涂层致密度和耐水性能，减少湿磨过程中水分对涂层的影响，涂层经过磨损后，仍具有良好的力学性能和耐久性。