一种pu耐磨涂料及其制备方法、防护手套
阅读说明：本技术 一种pu耐磨涂料及其制备方法、防护手套 (PU wear-resistant coating, preparation method thereof and protective gloves ) 是由 王高生 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：本申请涉及防护手套技术领域,更具体地说,它涉及一种聚氨酯涂料及其制备方法、手套。所述PU耐磨涂料按质量份数计,包括以下组分：聚酯多元醇50-62份、聚氨酯树脂30-45份、纳米二氧化硅2-5份、刚玉1-3份；所述聚酯多元醇的羟值为100-180mgKOH/g,酸值≤1.0mgKOH/g,水分≤0.1%,粘度为270-360cps/60℃。本申请的PU耐磨涂料利用特定参数的聚氨酯多元醇和纳米二氧化硅,使得该PU耐磨涂料形成的涂层兼具优异的附着力和耐磨性。(The application relates to the technical field of protective gloves, in particular to a polyurethane coating, a preparation method thereof and gloves. The PU wear-resistant coating comprises the following components in parts by weight: 50-62 parts of polyester polyol, 30-45 parts of polyurethane resin, 2-5 parts of nano silicon dioxide and 1-3 parts of corundum; the polyester polyol has a hydroxyl value of 100-180mgKOH/g, an acid value of less than or equal to 1.0mgKOH/g, a water content of less than or equal to 0.1 percent and a viscosity of 270-360cps/60 ℃. The PU wear-resistant coating utilizes the polyurethane polyol and the nano silicon dioxide with specific parameters, so that a coating formed by the PU wear-resistant coating has excellent adhesive force and wear resistance.)
技术领域
本申请涉及防护手套技术领域，更具体地说，它涉及一种聚氨酯涂料及其制备方法、手套。
背景技术
人们主要是通过双手从事生产劳动、科学研究、应急求援等活动，因此手部最容易受到各种外来因素的伤害，尤其是手掌部位，通常抓握、拿取等操作时均需要利用手掌发力，手掌部位受到的外部伤害可能性最大，外部伤害包括于摩擦、刀割、撕裂和穿刺等。因此，手套根据适用环境的需求，有时会在手掌部位进行涂层的覆盖，增加手掌部位的防切割性能、耐磨等性能。
聚氨酯（PU）涂料与其他涂料相比，PU涂料形成的涂层具有更为优异的附着力，能较好地附着于金属、木材、橡胶、混凝土等材料上，对材料进行保护和装饰。现有的PU涂层为增加其耐磨性，直接在现有PU涂料的基础上添加刚玉等抗磨剂进行改善，上述抗磨剂虽然能降低PU涂层的摩擦系数以提高其耐磨性能，但会在一定程度上降低PU涂料的粘性，进而影响PU涂层的附着力。
针对上述技术方案，发明人认为，如何在保证PU涂层附着力的前提下提高PU涂层的耐磨性。
发明内容
为了在保证PU涂层附着力的前提下提高PU涂层的耐磨性，本申请提供一种PU耐磨涂料及其制备方法、防护手套。
第一方面，本申请提供一种PU耐磨涂料，采用如下的技术方案：
一种PU耐磨涂料，按质量份数计，包括以下组分：聚酯多元醇50-62份、聚氨酯树脂30-45份、纳米二氧化硅2-5份、刚玉1-3份；所述聚酯多元醇的羟值为100-180mgKOH/g，酸值≤1.0mgKOH/g，水分≤0.1%，粘度为270-360cps/60℃。
聚氨酯多元醇是聚氨酯树脂的生产原料，本申请利用特定参数的聚氨酯多元醇作为主要基材，聚氨酯树脂为辅助基材，其能促使纳米二氧化硅和刚玉等亲水性物料均匀分散；由于纳米二氧化硅比表面积大，其具有更多的羟基与聚氨酯树脂形成紧密的交联结构，有效提高聚氨酯树脂的粘接性，再配合刚玉优异的抗磨性，该对应制得的PU耐磨涂料形成涂层后兼具优异的附着力和耐磨性。
优选的，所述聚氨酯树脂的粘度为26-30cps/25℃。
通过采用上述技术方案，本申请使用上述粘度的聚氨酯树脂能进一步增加PU耐磨涂料的附着力，因此将其作为优选。
优选的，所述纳米二氧化硅的粒径为10-35nm，比表面积为150-300m/g。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅的粒径越大，其比表面积越小，对聚氨酯树脂粘性的改善程度越低，其制得的涂料颗粒感也随之增多；纳米二氧化硅的粒径越小，其表面积越大，就越容易发生团聚，两者均会影响PU耐磨涂料的涂覆效果；本申请使用上述规格的纳米二氧化硅时，其制得的PU耐磨涂料均匀细腻，具有优良的粘接性，因此将其作为进一步优选。
优选的，按质量份数计，还包括氮化硼纳米管1-3份。
通过采用上述技术方案，氮化硼纳米管（BNNTs）是由硼和氮结合而成的六方氮化硼构成，其结构与碳纳米管（CNTs）相似，具有亚微米量级直径和微米量级长度的圆柱体，其质量轻、机械强度高，本申请加入上述质量份数的氮化硼纳米管，其能同时有效增加PU耐磨涂料的耐磨性和粘接性。
优选的，所述氮化硼纳米管利用多巴胺的自聚合作用进行表面改性，在氮化硼纳米管表面生成带有羟基和氨基的PDA膜，得到改性氮化硼纳米管。
通过采用上述技术方案，聚酯多元醇分子中含有较多的酯基、氨基等机型基团，而PDA膜（聚多巴胺膜）使氮化硼纳米管表面带有较多的羟基和氨基，因此氮化硼纳米管经过改性后能更好地分散于聚酯多元醇中，进一步提高PU耐磨涂料的耐磨性和粘接性。
优选的，所述PDA膜的厚度为0.5-4μm。
通过采用上述技术方案，若PDA膜过厚，容易使得氮化硼纳米管包裹过度，难以有效发挥其对PU耐磨涂料的增效作用，若PDA膜过薄，其对氮化硼纳米管的改性作用相对较小，本申请将PDA膜控制在0.5-4μm时，其相应制得的PU耐磨涂料的耐磨性和粘接性最优，因此将其作为优选。
优选的，以乙醇水溶液为溶剂，在三（羟甲基）氨基甲烷水溶液的作用下，所述多巴胺在所述氮化硼纳米管表面发生聚合形成PDA膜。
通过采用上述技术方案，本申请使用乙醇水溶性对氮化硼纳米管进行分散，再三（羟甲基）氨基甲烷水溶液中进行表面改性，其有利于提高PDA膜的均匀度和致密性，由此获得厚度适宜、氨基与羟基丰富的包覆膜。
第二方面，本申请提供一种PU耐磨涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种PU耐磨涂料的制备方法，用于制备上述的PU耐磨涂料，包括以下步骤：
①、预混：将设定量的聚酯多元醇、纳米二氧化硅和刚玉混合，于500-600r/min搅拌20-30min混匀，得到预混料；
②、拌和：将①中制得的预混料和设定量的聚氨酯树脂混合，于500-600r/min搅拌10-20min，即得所述PU耐磨涂料。
一种PU耐磨涂料的制备方法，用于制备上述的PU耐磨涂料，包括以下步骤：
①、预混：将设定量的聚酯多元醇、纳米二氧化硅、刚玉和氮化硼纳米管混合，于500-600r/min搅拌20-30min混匀，得到预混料；
②、拌和：将①中制得的预混料和设定量的聚氨酯树脂混合，于500-600r/min搅拌10-20min，即得所述PU耐磨涂料。
通过采用上述技术方案，本申请通过对聚酯多元醇与聚氨酯树脂分别预混，有助于其他加工助剂在相对较低的转速下（300-600r/min）实现均匀分散，其能有效减少原料在搅拌过程中产生气泡，由此获得低泡、均一、细腻的PU耐磨涂料。
第三方面，本申请提供一种防护手套，采用如下的技术方案：
一种防护手套，包括由上述PU耐磨涂料涂覆形成的涂层。该防护手套的涂层能稳定粘接在手套本体上，能有效提高防护手套的耐磨性。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
原料和/或中间体的制备例
聚酯多元醇：
购自常州普菲特化工，本申请选用羟值为100-180mgKOH/g，酸值≤1.0mgKOH/g，水分≤0.1%，粘度为270-360cps/60℃的聚酯多元醇，具体以HDPOL-2210和HDPOL-4410为例进行说明，对比例具体以HDPOL-2220和HDPOL-6640为例进行说明。
聚氨酯树脂：
购自旭川化学(苏州)有限公司，本申请具体以XCW-35GL和XCW-50GH为例进行说明，其中XCW-35GL的粘度为26-30cps/25℃，XCW-50GH的粘度为20-24cps/25℃。
纳米二氧化硅：购自济南超意兴化工有限公司，CAS号为10279-57-9，密度为2.6g/mL，纯度≥95%。其中，SiO2-1的粒径为10-35nm，比表面积为150-300m/g；SiO2-2的粒径为60-80nm，比表面积为80-120m/g；SiO2-3的粒径为1-5nm，比表面积为400-500m/g。
刚玉：购自泰州市宏光耐磨材料厂，Al2O3含量≥98.5%，Na2O≤0.6%，粒度范围90-150目。
氮化硼纳米管（BNNTs）：购自北京德科岛金科技有限公司，含量≥99.9%，平均直径50nm，长度为10-20μm，晶型为六方。
改性BNNTs：利用多巴胺的自聚合作用进行表面改性，在氮化硼纳米管表面生成带有羟基和氨基的PDA膜，该PDA膜的厚度为0.5-4μm，本申请具体以2μm为例进行说明。BNNTs在改性时具体以乙醇水溶液为溶剂，在三（羟甲基）氨基甲烷水溶液的作用下，促使多巴胺在BNNTs表面发生聚合。
具体改性步骤包括以下步骤：
将100mg BNNTs分散在60mL乙醇和40mL蒸馏水的混合溶液中，超声30min，然后加入300mg多巴胺，机械搅拌5min，得到混合液。再将300mg三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)溶解到100mL蒸馏水得到三(羟甲基)氨基甲烷水溶液，将其添加到上述混合液中，室温搅拌8h后离心处理，再用蒸馏水洗涤，最后于50℃干燥至含水量≤0.1%，制得聚多巴胺(PDA)包裹的氮化硼纳米管(改性BNNTs)。
实施例
实施例1
一种PU耐磨涂料，包括以下质量的组分：聚酯多元醇50kg、聚氨酯树脂45kg、纳米二氧化硅3kg和刚玉2kg；其中聚酯多元醇选用HDPOL-2210，聚氨酯树脂选用XCW-35GL。
上述PU耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：将聚酯多元醇50kg、聚氨酯树脂45kg、纳米二氧化硅3kg和刚玉2kg投入搅拌机中，于500-600r/min搅拌10-20min，本申请具体设定在560r/min搅拌15min，即得所述PU耐磨涂料。
实施例2-4
实施例2-4在实施例1的基础上，对PU耐磨涂料的组分及组分用量进行调整，具体调整情况参见下表一。
性能检测
将实施例1-4制得的PU耐磨涂料作为样品进行如下性能测试，测试结果参见下表二。
1、附着力：按照ASTM D3359 的B方法进行测定，将样品涂覆在相同软基材上形成涂层，涂层的厚度为60微米，划格间距为1mm，刀刻方格100格，检查切割部位的状态。
其中，0级表示完全光滑，无任何方格分层；1级表示交叉处有小块的剥离，影响面积为5%；2级表示交叉点边缘剥落，影响面积为10%；3级表示沿边缘整条剥落，和/或部分或全部不同的格子，影响面积15-35%；4级表示沿边缘整条剥落，有些格子部分或全部剥落，影响面积35-65%；5级表示任何大于根据4来进行分级的剥落级别。
2、耐磨性：将样品涂覆在相同基材上形成涂层，涂层的厚度为60微米，使用EF74#橡皮，500g力，分别记录往复摩擦300次、400次和500次后涂层有无磨损。
表二 实施例1-4的PU耐磨涂料的检测结果
结合表二，将实施例1-4的检测结果进行比较，可以得到本申请采用实施例4的技术方案制得的PU耐磨涂料，在保证优异的耐磨性能的基础上，还具有更为突出的附着力，因此将其作为优选实施例。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上，将聚氨酯树脂的型号XCW-35GL更换为XCW-50GH。
将实施例5对应制得的PU耐磨涂料按上述性能检测方法进行附着力和耐磨性检测，检测结果为附着力2级，往复摩擦300次后无磨损，往复摩擦400次后有磨损。
由此可得，本申请优选型号为XCW-35GL的聚氨酯树脂，即使用粘度为26-30cps/25℃的聚氨酯树脂能进一步增加PU耐磨涂料的附着力。
实施例6-7
实施例6-7在实施例4的基础上，将纳米二氧化硅的型号进行调整。其中实施例6具体使用SiO2-2，实施例7具体使用SiO2-3。
将实施例6-7对应制得的PU耐磨涂料按上述性能检测方法进行附着力和耐磨性检测。实施例6的检测结果为附着力3级，往复摩擦300次后无磨损，往复摩擦400次后有磨损。实施例7的检测结果为附着力1级，往复摩擦300次后无磨损，往复摩擦400次后有磨损。
由此可得，本申请优选型号为SiO2-1的纳米二氧化硅，即使用粒径为10-35nm、比表面积为150-300m/g的纳米二氧化硅时，其制得的PU耐磨涂料均匀细腻，具有优良的粘接性，因此将其作为进一步优选。
实施例8-10
实施例8-10在实施例4的基础上，还添加有市售的BNNTs。其中，实施例8添加有1kg的BNNTs，实施例9添加有2kg的BNNTs，实施例10添加有3kg的BNNTs。
将实施例8-10对应制得的PU耐磨涂料按上述性能检测方法进行附着力和耐磨性检测。实施例8-10的检测结果相近，其附着力为0级，往复摩擦300次后无磨损，往复摩擦400次后无磨损，往复摩擦500次后有磨损。
由此可得，本申请加入设定量的氮化硼纳米管，其能同时有效增加PU耐磨涂料的耐磨性和粘接性。
实施例11
本实施例在实施例8的基础上，将市售的BNNTs替换为改性BNNTs。
将实施例11对应制得的PU耐磨涂料按上述性能检测方法进行附着力和耐磨性检测。检测结果为附着力为0级，往复摩擦500次后仍无磨损，具有更为优异的耐磨性和粘接性。
因此，本申请将实施例11作为进一步优选的实施例。
实施例12
本实施例在实施例11的原料基础上，对其制备方法进行调整，其具体包括以下步骤：
①、预混：将聚酯多元醇60kg、纳米二氧化硅3kg、刚玉2kg和氮化硼纳米管1kg投入搅拌机中，于500-600r/min搅拌10-20min，本申请具体设定在560r/min搅拌15min混匀，得到预混料；
②、拌和：将①中制得的预混料和35kg的聚氨酯树脂混合，于500-600r/min搅拌10-20min，即得所述PU耐磨涂料。
其中，实施例11和实施例12在制备PU耐磨涂料过程中，实施例11的原料在混合过程中有出现板结现象，相对地，实施例12制得的PU耐磨涂料中各原料均匀分散，具有低泡、均一、细腻的特点，因此本申请优选采用实施例12的制备方法去制备PU耐磨涂料。
对比例
对比例1
本对比例在实施例1的基础上，未添加纳米二氧化硅。
对比例2
本对比例在实施例2的基础上，将聚酯多元醇全部替换为聚氨酯树脂。
对比例3
本对比例在实施例3的基础上，将聚酯多元醇的型号替换为HDPOL-2220。
对比例4
本对比例在实施例4的基础上，将聚酯多元醇的型号替换为HDPOL-6640。
性能检测
将对比例1-4对应制得的PU耐磨涂料按上述性能检测方法进行附着力和耐磨性检测。对比例1的检测结果为附着力4级，往复摩擦300次后无磨损，往复摩擦400次后有磨损。对比例2的检测结果为附着力5级，往复摩擦300次后有磨损。对比例3和对比例4的检测结果均为附着力3级，往复摩擦300次后有磨损。
综上，本申请利用特定参数的聚氨酯多元醇作为主要基材，聚氨酯树脂为辅助基材，其能促使纳米二氧化硅和刚玉等亲水性物料均匀分散；由于纳米二氧化硅比表面积大，其具有更多的羟基与聚氨酯树脂形成紧密的交联结构，有效提高聚氨酯树脂的粘接性，再配合刚玉优异的抗磨性，该对应制得的PU耐磨涂料形成涂层后兼具优异的附着力和耐磨性。
应用例
一种防护手套，包括手套本体和设在手套本体外侧的涂层，该涂层可以由实施例1-12任何一项制得的PU耐磨涂料涂覆而成，本应用例具体以实施例12的PU耐磨涂料为例进行说明，其涂覆厚度可根据需要进行调整，其形成的涂层具有良好的附着力和耐磨性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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