一种浴缸专用涂层的制备方法与流程

本发明属于涂层材料领域，具体涉及一种浴缸专用涂层的制备方法。

背景技术：

1、现有浴缸涂层大致分为两种，包括有机溶剂型涂层和水性涂层。其中，有机溶剂型涂层基本都含有刺激性气味、含有不少对人体有害的物质，主要有甲醛、苯、乙二醇醚类溶剂等，溶剂挥发时会带来环境危害，而且可能会腐蚀亚克力基材浴缸，造成“烧缸”现象。此外，这类涂层抗划伤能力较弱。而水性涂层能够显著降低vocs的含量，减小环境的负荷，同时避免“烧缸”。

2、水性涂料包括环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、聚丙烯酸酯涂料、醇酸树脂涂料等。环氧树脂涂料固化后形成了难溶难熔的网状结构，附着力大、耐化学腐蚀、耐磨、硬度高，但是可能会出现微孔、裂纹，导致涂层脆性断裂。聚氨酯耐水涂料受温度影响较大，气温为5～8℃时，需要加热或加入有机溶剂才能使用。而聚丙烯酸酯涂料则有耐磨性差的问题。醇酸树脂涂料具有良好的涂刷性能和润湿性能，但也存在涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性和耐腐蚀性差、耐候性不佳等缺点。

3、除此之外，相较于有机溶剂，水更难挥发，在高湿度的条件下，涂层容易出现流挂、成型后厚薄不均的问题。水的表面张力远高于溶剂，会使得成型涂层表面出现皱皮。并且水的导电率远高于溶剂，不能简单地用静电喷涂法。由于诸多差异性，需要开发出一种浴缸专用涂层，并研发出针对水性涂层成型的方法。

技术实现思路

1、基于上述内容，为解决水性涂料耐候性差、附着强度不足、容易出现流挂而导致厚薄不均等问题，本发明提出了一种浴缸专用涂层的制备方法。

2、本发明的目的在于：

3、一、改善涂料的抗流挂性；

4、二、确保涂层耐水、耐候，在水的长期浸泡下，不会与浴缸基材分层；

5、三、提升涂层的附着强度、硬度、抗冲击强度。

6、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

7、一种浴缸专用涂层的制备方法，

8、所述方法包括：

9、1)取单体、引发剂a、有机溶剂混合均匀进行预聚，滴加树脂单体、有机溶剂的混合液，在搅拌的同时继续加入引发剂b进行热反应，过滤、干燥得到粉末；

10、2)取无机颗粒均匀分散于有机溶剂中，加入硅氧烷聚合物混合均匀，烘干得到改性颗粒；

11、3)取异氰酸酯、封闭剂、有机溶剂进行热反应，待降温加入中和剂混合均匀，出料得到固化剂；

12、4)取试剂、色浆、粉末混合均匀得到涂料，向涂料中加入固化剂，通过喷枪交替喷涂涂料与改性颗粒，同时进行温度梯度涂布，固化得到涂层。

13、作为优选，

14、步骤1)所述单体为丙烯酸丁酯；

15、步骤1)所述引发剂a为过氧化苯甲酰，其用量为0.02～0.05g/g单体；

16、步骤1)所述有机溶剂为乙醇，其用量为2～5ml/g单体。

17、作为优选，

18、步骤1)所述预聚是于110～120℃下，恒温0.5～1h。

19、作为优选，

20、步骤1)所述滴加的速度为1～2ml/min。

21、步骤1)所述树脂单体为甲基丙烯酸甲酯、乙烯-乙烯醇共聚物；

22、所述甲基丙烯酸甲酯、乙烯-乙烯醇共聚物、单体按照(5～7)：(1～3)：4的质量比配制；

23、步骤1)所述有机溶剂为乙醇，其用量为2～5ml/g树脂单体；

24、步骤1)所述引发剂b为过氧化苯甲酰，其用量为0.02～0.05g/g树脂单体。

25、作为优选，

26、步骤1)所述热反应是于120～125℃，恒温0.5～1h。

27、作为优选，

28、步骤2)所述无机颗粒为二氧化硅，其粒径为5～8μm；

29、步骤2)所述有机溶剂为无水乙醇，其用量为5～15ml/g无机颗粒；

30、步骤2)所述硅氧烷聚合物为聚二甲基硅氧烷，其用量为1～1.5ml/g无机颗粒。

31、作为优选，

32、步骤3)所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；

33、步骤3)所述封闭剂为3，5-二甲基吡唑，其用量为0.5～0.6g/ml异氰酸酯；

34、步骤3)所述有机溶剂为丙酮，其用量为1～5ml/ml异氰酸酯。

35、作为优选，

36、步骤3)所述热反应是于60～65℃下，恒温4～5h；

37、步骤3)所述中和剂为三乙胺，其用量为0.9～1ml/ml异氰酸酯。

38、作为优选，

39、步骤4)所述试剂、色浆、粉末按照1：(1～2)：(13～17)的质量比配制；

40、所述试剂为水；

41、步骤4)所述固化剂的用量为涂料的15～18wt％；

42、步骤4)所述改性颗粒的用量为涂料的10～15wt％。

43、作为优选，

44、步骤4)所述温度梯度涂布方法如下：

45、于惰性气体环境下，设定惰性气体流量为50～60l/min，喷枪温度为120～150℃，每喷涂3～5次进行梯度降温，再次进行喷涂，喷涂次数为10～20次，总喷涂厚度为0.4～0.8mm；

46、步骤4)所述固化是于80～90℃的条件下，恒温3～4h。

47、在本发明技术方案中，通过分步添加硬单体甲基丙烯酸甲酯、软单体丙烯酸丁酯、功能性单体乙烯-乙烯醇共聚物，形成了硬链段包覆软链段的“核壳”结构，来调控涂料的力学性能。预聚时，涂层的粘度缓慢上升，使得涂料有更长的活化期，避免了因树脂粘度过大而造成聚合困难的问题。随着硬单体用量的增加，涂层所需干燥时间变得更短，同时其硬度、耐水性增强。但是过量的硬单体会导致涂层柔韧性降低，脆性显著上升，从而导致涂层抗冲击性能显著降低。由于涂层与浴缸基材的附着强度略有下降，导致涂层耐水性降低。进一步地，为确保树脂粘度适中、能够稳定存放，本发明选用bpo作为引发剂，经实验发现添加适量的引发剂，树脂转化率较高。

48、同时，应当控制单体混合液添加的时间，如果混合液滴加速度过慢，不同链长的聚合物分子的扩散速度一致，虽然其组分均匀，分子量分布较窄，但是涂料的分子量比较低，其粘度较小，所需干燥时间较长，涂料流挂现象严重。当滴加速度过快，会导致涂料分子量显著增加，其相对分子量分布较宽，导致不同链长的扩散速度差异较大，会导致局部粘度过大，不仅造成组分不均，还造成较低的固含量。如果将三者混合、引发，可能会导致涂料粘度迅速上升，出现局部粘度过大的现象，并且难以形成“核壳”结构，导致涂层材料抗冲击性变差。除此之外，随着功能性单体的含量增加，随着乙烯-乙烯醇共聚物含量的增加，涂料组分之间的交联程度会更高，从而提升了涂层的附着强度。基团的空间位阻与负载聚二甲基硅氧烷的二氧化硅(pdms@sio2)小球协同保护了酯基，使得涂层具有良好的耐水性。

49、pdms@sio2小球能够提高涂层的耐高温性、化学稳定性，分散于涂层中的小球可以抑制树脂大分子的滑移，从而改善涂层固化时严重流挂的问题，同时起到弥散强化的作用，提升涂层整体的抗冲击强度。在摩擦过程中，pdms的硅氧链迁移到表面，降低表面自由能，从而提高涂层耐溶剂性耐水性。pdms@sio2小球还充当消泡剂来使用。但是引入过量的pdms对涂层的力学性能有负面影响，但是通过无机纳米颗粒可以弥补这一问题，并且可以改善涂层的耐磨性。对涂层横截面进行表征可以发现涂层断面为韧性断裂，表明pdms@sio2小球可以增强涂层的韧性。

50、涂层表面的颗粒物随着sio2含量的增加而增加，涂层表面颗粒物逐渐聚集、尺寸增加，为避免这一问题，本发明选用粒径为5～8μm的微球，避免使用过小的颗粒，否则颗粒表面能较大，更容易发生团聚。另外，sio2的沉降现象随着sio2颗粒含量的增加而变得明显，并且涂层的孔隙尺寸增大，但过量的sio2颗粒导致体系中形成大量团聚的pdms@sio2小球，而且大尺寸的聚集体在静置固化的过程中沉降，导致涂层内部留下更大尺寸的孔隙，孔隙通常是应力集中位置，在实验中可以明显看出添加过量的sio2颗粒会导致受力点周围出现裂纹，在相同的载荷下，涂层更容易开裂，并且对涂层的弥散强化作用显著降低，反而导致其力学性能变差。

51、在循环剪切的作用力下，纯树脂涂料的涂层出现较多的裂纹，裂纹持续扩展，磨屑被挤压到接触区域附近，这是疲劳磨损的机制现象，这表明纯树脂涂料韧性不足。而加入sio2小球经过较长时间的摩擦，出现了磨粒磨损，依然能够磨穿涂层，加速涂层的失效。而pdms@sio2小球可以使涂层的摩擦系数降低。在合理的使用量内，涂层的摩擦系数较小。

52、在一定的温度下，固化剂解封形成异氰酸酯基团(-n＝c＝o)和封端剂，树脂分散体含有大量羟基，异氰酸酯基团与活性氢组分反应形成更稳定的氨基甲酸酯键，进一步提升涂层的韧性，从而提升涂层的抗冲击性。为了适用于工业化，本发明选择3，5-二甲基吡唑进行低温解封。进一步地，本发明通过三乙胺中和高分子链中的-cooh，随着中和度的增加，分散体的分散性越来越好，即更易分散于水中，稳定性增强，使用适量的三乙胺能够确保粉末和改性颗粒均匀分散于水中。

53、涂层与浴缸基材有热膨胀差异。为了增强树脂基涂层的耐高温性、避免涂层内外冷却速度不同带来的影响并增强浴缸基材与涂层之间的粘结强度，本发明通过喷枪喷涂涂料，经过梯度降温，再固化成型。原料充分熔融但不会分解，还使加热时间大大缩短，有利于工业化喷涂浴缸。充分熔融的颗粒均匀喷涂于浴缸基材上，且颗粒物撞击基材的动能较高，使得涂层颗粒之间的结合强度、涂层与基材之间的附着强度较高。同时，喷涂过程中有热损耗，因此，本发明对涂料连续梯度降温，制备得到了成分连续的涂层，减小了涂层与浴缸基材的热膨胀差异，提高了涂层与基材之间的附着强度。

54、本发明的有益效果如下：

55、(1)本发明制备的涂层安全无毒、无气味、表面光洁无毛刺，使用时不会污染空气、水质；

56、(2)本发明制备的涂层耐水、耐溶剂、耐高温、耐候；

57、(3)本发明制备的涂层附着力强、硬度高、耐磨损抗划伤、抗冲击。