本发明涉及涂料，尤其涉及一种高耐磨性粉末涂料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、粉末涂料是一种不含挥发性有机溶剂的纯固体涂料，其配方主要包含树脂、固化剂、颜料、填料和添加剂等成分。粉末涂料一般包含主体树脂、填料、助剂、颜料等成分，通常分为热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。热塑性粉末涂料的主体树脂一般为聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、尼龙、聚苯硫醚、聚氟乙烯等，热塑性粉末涂料在受热后会熔化，流平形成涂膜，但高温下会发生再次溶化。热固性粉末涂料的主体树脂一般为环氧树脂、环氧树脂-聚酯、聚氨酯、丙烯酸等，热固性粉末涂料在熔化过程中会发生固化交联反应，形成坚固涂膜，高温下不会发生再次熔化。粉末涂料具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节能及涂膜机械强度高等特点，目前已在众多领域得到广泛应用，包括建筑材料、家用电器、电子产品、汽车以及船舶的甲板等领域。
2、随着粉末涂料的应用越来越广泛，消费者对粉末涂料提出了更高的要求。如粉末涂料的应用过程中很容易受到气流、水流冲刷、机械力的摩擦作用，磨损相当严重，会使涂料失去其原本的防护或美观作用，因此提高粉末涂料的耐磨性很有必要。
3、目前提高粉末涂料耐磨性的方法主要有选择耐磨性高的主体树脂、添加耐磨无机填料以及助剂等。但在实际应用过程中，无机填料难以实现在涂料中的均匀分散，树脂与无机填料之间的结合力弱，难以发挥其增强耐磨性的特性，且容易对涂料的其他性能产生影响，无法满足市场的需求。
4、因此，有必要研发一种新型的高耐磨性粉末涂料。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高耐磨性粉末涂料及其制备方法与应用，该涂料不仅具有较高的耐磨性和强度，还具有优异的耐候性，可有效防止涂料长期使用后脱落、破损，使用寿命长。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
3、一种高耐磨性粉末涂料，包含以下原料：改性环氧树脂、改性端羧基饱和聚酯树脂、聚四氟乙烯蜡微粉、煅烧高岭土、钛白粉、石英粉、助剂；
4、所述改性环氧树脂是双酚a环氧树脂先与植酸反应，然后加入肉桂酸、庚酸反应，最后经胺中和得到改性环氧树脂。
5、本发明以改性环氧树脂和改性端羧基饱和聚酯树脂为主体树脂，并添加聚四氟乙烯蜡微粉、煅烧高岭土作为功能添加剂，配合其他助剂成分制备粉末涂料，各组分相互协同相互配合，所得粉末涂料不仅具有较高的耐磨性和强度，还具有优异的耐候性，可有效防止涂料长期使用后脱落、破损，使用寿命长。
6、进一步地，所述改性环氧树脂的制备过程中，所述植酸的用量为双酚a环氧树脂重量的8-12％；所述肉桂酸的用量为双酚a环氧树脂重量的10-18％；所述庚酸的用量为双酚a环氧树脂重量的20-30％。
7、优选地，所述改性环氧树脂制备过程中，所述植酸的用量为双酚a环氧树脂重量的10％；所述肉桂酸的用量为双酚a环氧树脂重量的15％；所述庚酸的用量为双酚a环氧树脂重量的26％。
8、优选地，所述改性环氧树脂经由下述方法制备得到：
9、将双酚a环氧树脂溶于无水乙醇中，待完全溶解后加热至70-80℃，加入植酸反应3-4h，然后加入肉桂酸、庚酸，升温至190-200℃反应继续1.5-2h，再然后降温至60-70℃，加入胺进行中和，最后干燥即得所述改性环氧树脂。
10、更优选地，改性环氧树脂制备过程中，所述双酚a环氧树脂与无水乙醇的质量比为0.5-1:1。
11、更优选地，改性环氧树脂制备过程中，所述胺为三乙胺、n，n-二甲基乙醇胺、氨水中的至少一种。
12、本发明采用分步反应的方法，先使植酸中磷酸基团与环氧树脂反应，在环氧树脂上接入植酸，然后再接枝肉桂酸、庚酸完成对环氧树脂的改性，改性后的环氧树脂引入长链结构，具有理想的韧性，还可以增加涂料的交联程度，增加致密程度，耐磨性和强度得到提升；此外，控制植酸、肉桂酸和庚酸的用量，特别是植酸和肉桂酸的用量，不仅能进一步提升涂料的强度和耐磨性能，降低涂层表面的摩擦系数，提高爽滑性，还具有良好的耐老化性能和耐候性，长时间使用仍能保持良好的遮盖防护能力。
13、进一步地，所述煅烧高岭土的平均粒径为1-2μm。
14、进一步地，所述聚四氟乙烯蜡微粉的平均粒径为2-5μm。
15、进一步地，所述改性端羧基饱和聚酯树脂经由下述方法制备得到：将硅藻土分散于浓硫酸中，搅拌、过滤，滤渣干燥、煅烧获得硅藻土精制粉；将竹纤维加入碱溶液中进行活化处理，处理完后水洗至中性，干燥得到活化竹纤维粉；然后将活化竹纤维粉加入到端羧基饱和聚酯树脂中，加入偶联剂，升温至60-80℃，并加入硅藻土精制粉反应，即得所述改性端羧基饱和聚酯树脂。
16、优选地，所述硅藻土与浓硫酸的质量比为1:1-2；所述浓硫酸的质量浓度为60-80％。
17、优选地，所述煅烧的温度为600-800℃，时间为30-40min。
18、优选地，所述搅拌操作是以1000-1500r/min搅拌10min，然后将转速降至500-600r/min继续搅拌30-40min，再重复操作一次。
19、优选地，所述竹纤维与碱溶液的体积比为1:1.5-2；所述碱溶液为质量分数5-10％的氢氧化钠溶液。
20、优选地，所述端羧基饱和聚酯树脂、活化竹纤维粉和硅藻土精制粉的质量比为1:0.3-0.5:0.2-0.4。
21、优选地，所述偶联剂为有机硅偶联剂选自硅烷类或钛酸酯类偶联剂，包含但不限于kh550、kh560、kh570、三异硬脂酰基钛酸异丙酯中的至少一种；所述硅烷偶联剂的用量为端羧基饱和聚酯树脂重量的0.5-1％。
22、进一步地，所述助剂选自固化剂、流平剂、促进剂、抗氧剂、偶联剂中的至少一种。
23、优选地，所述固化剂为可以加快粉末涂料固化的物质，所述固化剂包含但不限于2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、二月桂酸二丁基锡、三缩水甘油异氰尿酸酯、β-羟烷基酰胺、酚类固化剂中的至少一种；所述固化剂的添加量为粉末涂料总重量的0.1-3％。
24、优选地，所述流平剂可以使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性，所述流平剂包含但不限于聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、端基改性有机硅、丙烯酸树脂、脲醛树脂及三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；所述流平剂的添加量为粉末涂料总重量的0.1-3％。
25、优选地，所述促进剂包含但不限于甲基咪唑、二甲基咪唑、气相二氧化硅、氧化铝中的至少一种；所述促进剂的添加量为粉末涂料总重量的0.1-3％。
26、优选地，所述抗氧剂可以提高涂层的抗老化性和耐久性，所述抗氧剂可以为亚磷酸酯类抗氧剂，所述抗氧剂的添加量为粉末涂料总重量的0.5-2％。
27、优选地，所述偶联剂为硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂；所述偶联剂的添加量为粉末涂料总重量的0.1-1％。
28、进一步地，所述高耐磨性粉末涂料中还可按照客户需求添加颜料。所述颜料可以赋予粉末涂料颜色，同时可以改进粉末涂料的相关力学性能。根据本发明的粉末涂料可以包括耐高温的金属基复合颜料。所述“耐高温”是指在250℃下物理化学性质不发生变化的颜料。例如，适合用于本发明的粉末涂料的颜料可以包括钛白粉、炭黑、铜铬黑及其任意混合物；所述颜料的添加量为粉末涂料总重量的0.5-10％。
29、进一步地，所述高耐磨性粉末涂料中还可添加填料，适合用于本发明的粉末涂料的填料包含不限于云母粉、硅灰石、玻璃粉、滑石粉中的至少一种；所述填料的添加量为粉末涂料总重量的0.5-5％。
30、进一步地，上述高耐磨性粉末涂料，按重量份数计，包含以下原料：改性环氧树脂25-35份、改性端羧基饱和聚酯树脂28-32份、聚四氟乙烯蜡微粉5-8份、煅烧高岭土16-20份、钛白粉5-6份、石英粉6-8份、助剂1-4份。
31、优选地，上述高耐磨性粉末涂料，按重量份数计，包含以下原料：改性环氧树脂32份、改性端羧基饱和聚酯树脂30份、聚四氟乙烯蜡微粉7.5份、煅烧高岭土16.6份、钛白粉5.2份、石英粉7份、助剂1.7份。
32、另一方面，本发明还提供了一种高耐磨性粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：将改性环氧树脂和改性端羧基饱和聚酯树脂混匀，得到混合树脂；搅拌状态下将聚四氟乙烯蜡微粉、煅烧高岭土、钛白粉、石英粉、助剂加入到混合树脂中，混匀后挤出、粉碎，过筛，即得所述高耐磨性粉末涂料。
33、进一步地，所述搅拌的速率为500-800r/min。
34、进一步地，所述过筛是指过150-200目筛。
35、优选地，为进一步提高粉末涂料的耐磨性能，本发明先在室温下将聚四氟乙烯蜡微粉加入到5-8重量倍的异丙醇中分散均匀，接着在搅拌状态下加入煅烧高岭土，分散均匀后降温至5-10℃并保温20-50min，然后升温至60-70℃保温60-100min，保温过程中保持搅拌；最后干燥、粉碎，然后加入到混合树脂中。本发明先将聚四氟乙烯蜡微粉与煅烧高岭土进行处理，聚四氟乙烯微粉可以吸附在煅烧高岭土表面，然后将其加入到树脂中，提高了与树脂的结合性，从而可以更好的发挥增强耐磨性的特性，而且相比直接将两种材料直接添加到树脂中，将两种材料经混合处理后再加入到树脂中，还可以提高粉末涂料的耐候性能。
36、本发明还提供了上述高耐磨性粉末涂料在制备耐磨材料中的应用。
37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38、1、本发明以改性环氧树脂和改性端羧基饱和聚酯树脂为基体树脂，然后添加配合多种填料和助剂制备粉末涂料，所得粉末涂料在保证涂层遮盖的基础上，还具有优异的耐磨性能、良好的韧性以及耐候性能，有效延长了使用寿命，使其在长时间使用过程中不会发生脱落、破损现象。
39、2、本发明在粉末涂料中加入改性环氧树脂，相比未改性的环氧树脂，改性环氧树脂的添加有效提升了涂料的强度，还有助于大幅度提升涂料的耐磨性能，降低涂层表面的摩擦系数，提高爽滑性，并能提升涂料的耐候性，大大延长使用寿命。
40、3、本发明在粉末涂料中加入聚四氟乙烯蜡微粉和煅烧高岭土，有助于提高材料的耐磨性和强度；此外，将两种材料先混合处理后再加入到粉末涂料中，还可提高粉末涂料的耐候性能。
41、4、本发明具有操作简单、安全性强、实用性强、适合推广使用的特点。
1.一种高耐磨性粉末涂料，其特征在于，包含以下原料：改性环氧树脂、改性端羧基饱和聚酯树脂、聚四氟乙烯蜡微粉、煅烧高岭土、钛白粉、石英粉、助剂；
2.根据权利要求1所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，所述改性环氧树脂制备过程中，所述植酸的用量为双酚a环氧树脂重量的8-12%；所述肉桂酸的用量为双酚a环氧树脂重量的10-18%；所述庚酸的用量为双酚a环氧树脂重量的20-30%。
3.根据权利要求2所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，所述植酸的用量为双酚a环氧树脂重量的10%；所述肉桂酸的用量为双酚a环氧树脂重量的15%；所述庚酸的用量为双酚a环氧树脂重量的26%。
4.根据权利要求1所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，所述煅烧高岭土的平均粒径为1-2μm；所述聚四氟乙烯蜡微粉的平均粒径为2-5μm。
5.根据权利要求1所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，所述改性端羧基饱和聚酯树脂经由下述方法制备得到：将硅藻土分散于浓硫酸中，搅拌、过滤，滤渣干燥、煅烧获得硅藻土精制粉；将竹纤维加入碱溶液中进行活化处理，处理完后水洗至中性，干燥得到活化竹纤维粉；然后将活化竹纤维粉加入到端羧基饱和聚酯树脂中，加入偶联剂，升温至60-80℃，并加入硅藻土精制粉反应，即得所述改性端羧基饱和聚酯树脂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，按重量份数计，包含以下原料：改性环氧树脂25-35份、改性端羧基饱和聚酯树脂28-32份、聚四氟乙烯蜡微粉5-8份、煅烧高岭土16-20份、钛白粉5-6份、石英粉6-8份、助剂1-4份。
7.根据权利要求6所述的高耐磨性粉末涂料，其特征在于，按重量份数计，包含以下原料：改性环氧树脂32份、改性端羧基饱和聚酯树脂30份、聚四氟乙烯蜡微粉7.5份、煅烧高岭土16.6份、钛白粉5.2份、石英粉7份、助剂1.7份。
8.权利要求1-7任一项所述的高耐磨性粉末涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯蜡微粉和煅烧高岭土先混合处理后再加入到混合树脂中，混合处理步骤为：
10.权利要求1-7任一项所述的高耐磨性粉末涂料在制备耐磨材料中的应用。
