一种耐磨铝合金窗及其制备工艺的制作方法

本发明涉及铝合金窗生产的技术领域，尤其是涉及一种耐磨铝合金窗及其制备工艺。

背景技术：

目前的铝合金门窗，是指采用铝合金挤压型材为框、梃、扇料制作的门窗称为铝合金门窗，简称铝门窗。铝合金门窗包括以铝合金作受力杆件基材的和木材、塑料复合的门窗。

现有的对于铝合金门窗耐磨处理工艺如授权公告号为cn106947991b的中国发明专利中公开了一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)配制电解液：以硝酸镧作为添加剂加入水中，同时添加乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐制备得到电解液；(2)将铝合金置于步骤(1)中的电解液中，所述铝合金在电解液中作为正极，不锈钢作为负极，采用微弧氧化处理后，得到具有耐磨耐蚀抗热震涂层的铝合金。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的铝合金门窗的耐磨处理工艺中，铝合金门窗上的耐磨涂层在长期的使用过程中，涂层发生损伤磨损后不能进行自修复，而局部的涂层的磨损容易造成基体铝合金金属框架的腐蚀等现象产生，从而加速导致铝合金表面的涂层完全失效脱落。

技术实现要素：

为了提高铝合金门窗上耐磨涂层的自修复能力，本申请提供一种耐磨铝合金窗及其制备工艺。

第一方面，本申请提供一种耐磨铝合金门窗，采用如下的技术方案：

一种耐磨铝合金窗，包括铝合金窗框和装配于窗框内的窗扇，所述铝合金窗框的表面依次涂覆有底层和面层；所述底层由包括以下重量份数的组分制备得到：环氧树脂100～120份、环氧树脂固化剂25～30份、2-甲基咪唑0.3～0.5份、金纳米粒子1～3份，所述面层由包括以下重量份数的组分制备得到：环氧树脂100～150份、环氧树脂固化剂20～30份、耐磨填料1～2份、自修复微胶囊10～15份。

通过采用上述技术方案，铝合金窗框上涂覆的底层和面层均采用环氧树脂作为基体树脂，而底层中还加入了2-甲基咪唑促进剂，使得底层的环氧树脂固化所需环氧树脂固化剂明显减少，而面层再涂敷至底层上时，面层中的环氧树脂固化剂和底层中的环氧树脂固化剂共同对面层中的环氧树脂起到固化的作用，从而缩短面层的固化时间，提高涂装效率。

面层中的耐磨填料的添加使得面层具有一定的耐磨能力，耐磨性能得到提升。而当面层即便发生磨损时，面层损伤处产生的微裂痕会将自修复微胶囊撕裂，从而释放自修复微胶囊中的涂层修复成分，从而使得面层进行自修复。同时面层磨损处会将底层暴露，而当阳光照射下，金纳米粒子具有较好的吸热效果，使得面层磨损处周围的环氧树脂在一定程度上会发生软化，促进自修复微胶囊的修复，提高磨损处涂层的修复效果。

本发明进一步设置为：所述自修复微胶囊采用环氧树脂为芯材，脲醛树脂为壁材的自修复微胶囊，且所述自修复微胶囊采用乙二胺进行预处理后再与面层中其他组分混合。

通过采用上述技术方案，自修复微胶囊在发生破裂时，芯材环氧树脂从自修复微胶囊内部释放到面层中，并与面层中残留的环氧树脂固化剂发生交联反应，从而对面层损伤处进行修复。而自修复微胶囊采用乙二胺进行预处理后，可以使得自修复微胶囊在面层中的分散性能更好，同时乙二胺也是一种环氧树脂固化剂，当自修复微胶囊发生破裂时，释放的环氧树脂可以快速地得到固化，对损伤处进行快速地修复。

本发明进一步设置为：所述耐磨填料由包括以下重量百分比的组分制备得到：氧化石墨烯20～50％、纳米ni粒子10～40％、纳米聚四氟乙烯20～40％。

通过采用上述技术方案，石墨烯具有超强的机械性能以及特有的低摩擦系数和耐磨性能，其广泛运用与各类涂料中。但是石墨烯由于存在严重的团聚问题，而氧化石墨烯的结构与石墨烯类似，同样可以提高涂层的耐磨性能，氧化石墨烯与纳米聚四氟乙烯具有良好的协同效果，可以在用量很少的情况下显著地涂层的耐磨擦性能。纳米ni粒子掺杂后的氧化石墨烯对于涂层的耐磨性能提高也具有较优的效果。

本发明进一步设置为：所述氧化石墨烯经过改性剂进行改性处理后再作为耐磨填料进行添加，所述改性剂包括以下重量份数的组分：ph＝1的苯胺盐酸溶液40～60份、0.1mol/l^-1的对氨基苯甲酸的无水乙醇溶液30～40份、十二烷基磺酸钠5～10份、ph＝1的过硫酸铵盐酸溶液10～20份。

通过采用上述技术方案，氧化石墨烯存在较强的范德华力和亲水性，这就导致氧化石墨烯在涂层中时，由于涂层中的树脂等成分为油性体系，使得氧化石墨烯容易在油性体系中出现严重的团聚行为。而由于氧化石墨烯表面结构上富含大量的含氧基团，这些含氧基团可以使得氧化石墨烯表面可以进行接枝反应进行改性。因此通过改性剂对氧化石墨烯进行改性，使得苯胺接枝到氧化石墨烯表面，从而使得氧化石墨烯更加均匀稳定地分散在油性体系中，起到更好的分散效果。

本发明进一步设置为：所述耐磨填料的制备步骤如下：

s1：将氧化石墨烯用对氨基苯甲酸的无水乙醇溶液在盐酸作催化剂下进行修饰，得到第一生成物；

s2：将第一生成物与十二烷基磺酸钠一同加入苯胺盐酸溶液中，并逐滴加入过硫酸铵溶液进行苯胺聚合反应，得到改性氧化石墨烯；

s3：将改性氧化石墨烯与纳米ni粒子、纳米聚四氟乙烯进行混合后即可得到耐磨填料。

通过采用上述技术方案，氧化石墨烯改性过程，先用对氨基苯甲酸对氧化石墨烯进行处理，通过对氨基苯甲酸中的羧基与氧化石墨烯表面的羟基进行酯化反应，从而使得氧化石墨烯表面接枝上氨基。随后再通过苯胺与氨基的聚苯胺反应，从而使得苯胺戒指到氧化石墨烯表面，使得氧化石墨烯得到改性。

本发明进一步设置为：所述环氧树脂选用环氧值在0.1～0.25之间的环氧树脂。

通过采用上述技术方案，环氧树脂的环氧值控制在0.1～0.25时，环氧树脂与环氧树脂固化剂交联形成的交联网状结构更加适用于涂层，交联形成的涂层厚薄适中。

本发明进一步设置为：所述环氧树脂固化剂选用4,4-二氨基苯砜、乙二胺、四亚甲基二胺中的一种或多种。

第二方面，本申请提供一种耐磨铝合金窗的制备方法，采用如下的技术方案：

一种耐磨铝合金窗的制备方法，包括以下步骤：

s1：配制底层涂料，将底层涂料涂覆到铝合金窗的框架表面；

s2：配制面层涂料，带底层涂料半干后将面层涂料涂覆于中间层涂料上；

s3：用40～50℃的热风烘干面层涂料即可得到所述耐磨铝合金窗。

通过采用上述技术方案，在底层涂料半干的时候将面层涂料涂覆到底层上，由于底层涂料和面层涂料均采用环氧树脂，因此当面层涂料涂覆时，面层涂料会与底层涂料之间发生互溶结合，从而使得底层和面层之间结合的更加紧密。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于本申请采用面层和底层进行涂装的方式，由于面层采用了自修复微胶囊以及底层采用了金纳米颗粒，获得了涂层自修复的效果。

2、本申请优选采用改性后的耐磨填料，由于改性后的耐磨填料的团聚现象减弱，获得了更优良的耐磨能力的效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

本发明公开的一种耐磨铝合金窗，包括铝合金窗框和装配于窗框内的窗扇，铝合金窗框的表面依次涂覆有底层和面层。

底层由包括以下重量份数的组分制备得到：环氧树脂100份、环氧树脂固化剂25份、2-甲基咪唑0.3份、金纳米粒子1份；

面层由包括以下重量份数的组分制备得到：环氧树脂100份、环氧树脂固化剂20份、耐磨填料1份、自修复微胶囊10份。

自修复微胶囊采用环氧树脂为芯材，脲醛树脂为壁材的自修复微胶囊。且所述自修复微胶囊采用乙二胺进行预处理后再与面层中其他组分混合。

耐磨填料由包括以下重量百分比的组分制备得到：氧化石墨烯20％、纳米ni粒子40％、纳米聚四氟乙烯40％。

环氧树脂选用环氧值为0.1的环氧树脂。

环氧树脂固化剂选用4,4-二氨基苯砜。

一种耐磨铝合金窗的制备方法，包括以下步骤：

s1：配制底层涂料，将底层涂料涂覆到铝合金窗的框架表面；

s2：配制面层涂料，带底层涂料半干后将面层涂料涂覆于中间层涂料上；

s3：用50℃的热风烘干面层涂料即可得到所述耐磨铝合金窗。

实施例2～5与实施例1的区别在于面层和底层中各组分计为下表。

环氧树脂固化剂中各组分之间的质量比均为1︰1或1︰1︰1。

实施例6～13与实施例1的区别在于耐磨填料中各组分按重量百分比计为下表。

实施例14

实施例14与实施例1的区别在于，氧化石墨烯经过改性剂进行改性处理后再作为耐磨填料进行添加。

改性剂包括以下重量份数的组分：ph＝1的苯胺盐酸溶液40份、0.1mol/l^-1的对氨基苯甲酸的无水乙醇溶液30份、十二烷基磺酸钠5份、ph＝1的过硫酸铵盐酸溶液10份。

耐磨填料的制备步骤如下：

s1：在按比例在0.1mol/l^-1的对氨基苯甲酸的无水乙醇溶液中加入盐酸，盐酸加入量为对氨基苯甲酸的无水乙醇溶液的百分之一，然后加入氧化石墨烯，在50℃下超声分散1h，并在60℃下放置2h后，离心处理并倾倒溶液的上层清液，用无水乙醇洗涤3次后干燥，即可得到第一生成物。

s2：按比例将第一生成物与十二烷基磺酸钠一同加入ph＝1的苯胺盐酸溶液中，在冰水浴中超声混合30min，并逐滴加入ph＝1的过硫酸铵溶液，机械搅拌6h，再用ph＝1的盐酸溶液进行洗涤至滤液呈透明，最后在60℃下真空干燥24h，s得到改性氧化石墨烯；

s3：将改性氧化石墨烯与纳米ni粒子、纳米聚四氟乙烯进行混合后即可得到耐磨填料。

对比例

对比例1：采用广纳纳米的gn-701高硬度耐磨防腐纳米复合陶瓷涂料对铝合金窗框进行涂装。

对比例2与实施例1的区别在于：面层中未添加自修复微胶囊。

对比例3与实施例1的区别在于：底层中未添加金纳米颗粒。

检测方法

耐磨能力检测

用5cm×5cm的铝合金板代替铝合金窗框作为样品，将实施例与对比例中的涂料涂覆到样品铝合金板上。

参照标准iso8251－87和jish8682标准，用磨擦轮磨耗试验机测定在规定的试验条件下，使涂层与胶接在磨擦轮外缘上的研磨砂纸作平面往复运动，每双行程后磨擦轮转动一小角度(0.9°)，经规定的100次研磨后，涂层质量(mg)的减少作为衡量耐磨性的标准。

测试结果如表1。

表1

自修复检测

用5cm×5cm的铝合金板代替铝合金窗框作为样品，将实施例与对比例中的涂料涂覆到样品铝合金板上。

用小刀在涂层上划出3处明显划痕，然后将铝合金样品板放到用plxq500w氙灯光源下光照7days和14days，观察涂层上划痕变化。结果如下表2。

表2

用小刀在涂层上划出3处明显划痕，然后将铝合金样品板放到阴暗处7days以及14days后，观察划痕变化。结果如表3。

表3

结论：实施例1～18和对比例1～3并结合表1，可以看出，本申请中的涂层具有较好的耐磨性能，与对比例1中现有的耐磨涂层相比耐磨效果相差不大，可以起到对铝合金基体较好的保护效果。

结合实施例1～13和对比例1～3并结合表2，可以看出，本申请中的涂层在被划伤后的划痕明显可以得到自修复，而且主要起到自修复作用的是自修复微胶囊。

结合实施例1～13和实施例14～18并结合表2可以看出，改性后的氧化石墨烯由于分散能力提高，对于耐磨填料对涂层的耐磨性能提高也更好。而通过结合实施例1～18和对比例1～3并结合表1和表2可以看出，在有光源的照射下，自修复过程更快，而且金纳米颗粒可以促进自修复过程，由此可以证明金纳米颗粒在光照下可以加热划痕处的树脂使得，涂层的划痕得到进一步复原。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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