技术领域
[0001] 本
发明属于新材料领域，具体涉及一种高耐磨涂层材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 暴露在大气环境中的物体会遭受多种
腐蚀因素的侵蚀，涂层材料是价廉而有效的防护手段，但随着现代科学技术的发展，军舰港口、海工设备、
油气管道、
风电
叶片等装备长时间在苛刻条件下工作，例如海洋环境的高强日光暴晒、游离氯离子、潮湿大气、昼夜大温差，沙漠、戈壁滩等风
电场的风沙、碎石、沙尘暴等，亟需高耐候、高耐蚀、高耐磨等综合性能优异的功能涂层来保障这些设备的长期正常运转。
[0003] 国外于上世纪60年代开始进行透明塑料
耐磨性能的研究，采取的方法是在透明塑料表面涂覆耐磨涂料，通过
固化后形成耐磨涂层，可以大大减轻使用过程中由于擦伤、划伤所造成的发雾、
银纹等，提高使用性能，延长寿命。透明塑料表面涂覆耐磨涂料，可以通过配方设计使涂层具有足够的弹性，如在聚
氨酯涂层中引入长链聚醚、聚酯链段，采用六亚甲基二异氰酸酯代替较硬的异佛尔
酮二异氰酸酯等。另一种提升涂层耐磨、耐刮伤性能的方法是通过调整涂层配方赋予涂层足够的硬度，使之不易被刮伤或使刮伤物不能传入表层太深，从而提高耐磨性能。
[0004] 然而，目前的耐磨涂层材料的耐磨损性能较差，在易受到机械
力等作用时，涂层的磨损相当严重，极大地影响了其实际服役时间。
发明内容
[0005] 技术问题：为了解决
现有技术的
缺陷，本发明提供了一种高耐磨涂层材料及其制备方法。
[0006] 技术方案：本发明提供的一种高耐磨涂层材料，包括以下重量百分比的组份：40-60份聚苯乙烯
树脂，40-60份有机高分子复合物，颜料20-30份，填料5-10份，固化剂5-10份，分散剂1-3份，
流平剂1-3份，催干剂1-3份，
增塑剂1-3份，成膜助剂1-3份，
溶剂汽油100份；
[0007] 其中，所述有机高分子复合物为式(I)所示的
聚合物和聚醚醚酮的复合物；其中，式(I)所示的聚合物的结构式为：
[0008]
[0009] 式中，n为500～2000之间的整数。
[0010] 优选地，所述填料为
质量比为(2-4):1的
碳酸
钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比(1-3)：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:(1-3)的TegoDispers 610分散剂和Tego Dispers 630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:(3-5)的BYK-306和BYK-330的混合物；所述催干剂质量比(2-3):1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比(1-2):1的环
氧大豆油和邻苯二
甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比(2-
3):1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
[0011] 本发明还提供了一种高耐磨涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012] (1)有机高分子复合物的制备，包括以下步骤：
[0013] (1.1)在惰性气体的保护、室温条件下，将膦酸二甲酯与氯
硅烷反应，制得烷基硅基膦酸二甲酯；
[0014] (1.2)在惰性气体的保护、室温条件下，将4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦与氯硅烷反应，制得烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦；
[0015] (1.3)在惰性气体的保护、350～400℃下，将步骤(1)所得物烷基硅基膦酸二甲酯与步骤(2)所得物烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在催化剂作用下8-12h，即得式(I)所示的聚合物；
[0016] (1.4)以10℃/h的速度降温至250℃，同时加入聚醚醚酮，恒温反应8-12h；冷却后
真空干燥，即得式(I)所示的聚合物和聚醚醚酮的复合物；
[0017] (2)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
[0018] (3)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60Hz；
[0020] (5)片状物至于
球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
[0021] (6)将步骤(5)的混合物真空
冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.1-0.2Kpa，时间为1-2h。
[0022] 步骤(1.1)中，氯硅烷与膦酸二甲酯的摩尔比为1∶(3～4)；氯硅烷选自三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三丙基氯硅烷、二甲基乙基氯硅烷、二甲基丙基氯硅烷和二乙基甲基氯硅烷中的一种。
[0023] 步骤(1.2)中，氯硅烷和4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶(1.5～3)。
[0024] 步骤(1.3)中，催化剂选自
磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺中的一种或几种；烷基硅基膦酸二甲酯与烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为(1～1.2)∶1。
[0025] 步骤(1.4)中，聚醚醚酮与式(I)所示的聚合物的摩尔比为(3-5)：1。
[0026] 有益效果：本发明提供的高耐磨涂层材料结构简单、制备工艺简单、成本低廉，耐磨性能优异，
稳定性高。
具体实施方式
[0027] 下面对本发明作出进一步说明。
[0029] 有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
[0030] (1)在惰性气体的保护、室温条件下，将膦酸二甲酯与三甲基氯硅烷反应，制得烷基硅基膦酸二甲酯；氯硅烷与膦酸二甲酯的摩尔比为1∶3.5；
[0031] (2)在惰性气体的保护、室温条件下，将4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦与氯硅烷反应，制得烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦；氯硅烷和4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶2；
[0032] (3)在惰性气体的保护、375℃下，将步骤(1)所得物烷基硅基膦酸二甲酯与步骤(2)所得物烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在磷酸三苯酯作用下10h，即得式(I)所示的聚合物；烷基硅基膦酸二甲酯与烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.1∶1；
[0033] (4)以10℃/h的速度降温至250℃，同时加入聚醚醚酮，恒温反应10h；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物和聚醚醚酮的复合物；聚醚醚酮与式(I)所示的聚合物的摩尔比为(3-5)：1。
[0034] 将涂层材料涂覆于
基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
[0035] 实施例2
[0036] 有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
[0037] (1)在惰性气体的保护、室温条件下，将膦酸二甲酯与三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三丙基氯硅烷、二甲基乙基氯硅烷、二甲基丙基氯硅烷和二乙基甲基氯硅烷反应，制得烷基硅基膦酸二甲酯；氯硅烷与膦酸二甲酯的摩尔比为1∶3；
[0038] (2)在惰性气体的保护、室温条件下，将4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦与氯硅烷反应，制得烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦；氯硅烷和4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶1.5；
[0039] (3)在惰性气体的保护、350℃下，将步骤(1)所得物烷基硅基膦酸二甲酯与步骤(2)所得物烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺作用下8h，即得式(I)所示的聚合物；烷基硅基膦酸二甲酯与烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.2∶1；
[0040] (4)以10℃/h的速度降温至250℃，同时加入聚醚醚酮，恒温反应8-12h；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物和聚醚醚酮的复合物；聚醚醚酮与式(I)所示的聚合物的摩尔比为3：1。
[0041] 将涂层材料涂覆于基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
[0042] 实施例3
[0043] 有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
[0044] (1)在惰性气体的保护、室温条件下，将膦酸二甲酯与三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三丙基氯硅烷、二甲基乙基氯硅烷、二甲基丙基氯硅烷和二乙基甲基氯硅烷反应，制得烷基硅基膦酸二甲酯；氯硅烷与膦酸二甲酯的摩尔比为1∶4；
[0045] (2)在惰性气体的保护、室温条件下，将4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦与氯硅烷反应，制得烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦；氯硅烷和4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶3；
[0046] (3)在惰性气体的保护、400℃下，将步骤(1)所得物烷基硅基膦酸二甲酯与步骤(2)所得物烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺作用下12h，即得式(I)所示的聚合物；烷基硅基膦酸二甲酯与烷基硅氧基4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶1；
[0047] (4)以10℃/h的速度降温至250℃，同时加入聚醚醚酮，恒温反应8-12h；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物和聚醚醚酮的复合物；聚醚醚酮与式(I)所示的聚合物的摩尔比为5：1。
[0048] 将涂层材料涂覆于基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
[0049] 利用实施例1至3的有机高分子复合物制备高耐磨涂层材料。
[0050] 实施例4
[0051] 高耐磨涂层材料，包括以下重量百分比的组份：50份聚苯乙烯树脂，50份有机高分子复合物，颜料25份，填料7.5份，固化剂7.5份，分散剂2份，流平剂2份，催干剂2份，增塑剂2份，成膜助剂2份，溶剂汽油100份。
[0052] 所述填料为质量比为3:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比2：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:2的Tego Dispers 610分散剂和TegoDispers 630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:4的BYK-306和BYK-330的混合物；所述催干剂质量比2.5:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比1.5:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比2.5:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
[0053] 上述高耐磨涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0054] (1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
[0055] (2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60Hz；
[0056] (3)冷却，粗粉碎，得片状物；
[0057] (4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
[0058] (5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.2Kpa，时间为2h。
[0059] 将涂层材料涂覆于基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
[0060] 实施例5
[0061] 高耐磨涂层材料，包括以下重量百分比的组份：40份聚苯乙烯树脂，60份有机高分子复合物，颜料30份，填料5份，固化剂10份，绝缘剂4份，分散剂3份，流平剂1份，催干剂3份，增塑剂1份，成膜助剂3份，溶剂汽油100份。
[0062] 所述填料为质量比为2:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比3：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:1的Tego Dispers 610分散剂和TegoDispers 630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:5的BYK-306和BYK-330的混合物；所述催干剂质量比2:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比2:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比3:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
[0063] 上述高耐磨涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0064] (1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
[0065] (2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60Hz；
[0066] (3)冷却，粗粉碎，得片状物；
[0067] (4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
[0068] (5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.2Kpa，时间为1h。
[0069] 将涂层材料涂覆于基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
[0070] 实施例6
[0071] 高耐磨涂层材料，包括以下重量百分比的组份：60份聚苯乙烯树脂，40份有机高分子复合物，颜料20份，填料10份，固化剂5份，绝缘剂6份，分散剂1份，流平剂3份，催干剂1份，增塑剂3份，成膜助剂1份，溶剂汽油100份。
[0072] 所述填料为质量比为4:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比1：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:3的Tego Dispers 610分散剂和TegoDispers 630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:3的BYK-306和BYK-330的混合物；所述催干剂质量比3:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比1:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比2:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
[0073] 上述高耐磨涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0074] (1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
[0075] (2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60Hz；
[0076] (3)冷却，粗粉碎，得片状物；
[0077] (4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
[0078] (5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.1Kpa，时间为2h。
[0079] 将涂层材料涂覆于基板上，测定：耐磨性能(铅笔硬度)：6H。
