CN101029198A - 水性聚丙烯酸酯复合涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性聚丙烯酸酯有机－无机复合涂料的制备方法，属水性涂料制备工艺技术领域。本发明以聚丙烯酸酯乳液、水分散性多异氰酸酯、二氧化硅溶胶为原料，在水相通过溶胶－凝胶方法，采用不同羟基含量的聚丙烯酸酯乳液，制备按传统常规方法，通过搅拌分散混合均匀后，即可制得三元组分体系的有机－无机杂化复台的涂层材料。该涂料特别适用于水性木器漆。该涂料具有较好的施工稳定性，其涂层具有较高的硬度、透明性和耐水性，可耐一般溶剂的侵蚀，有较高的耐擦洗性。

Description

水性聚丙烯酸酯复合涂料
技术领域
本发明涉及一种水性聚丙烯酸酯有机-无机复合涂料的制备方法，属水性涂料制备工艺技术领域。
背景技术
有机-无机杂化或复合材料的有机相和无机相之间的界面面积非常大，界面相互作用强，使常见的尖锐清晰的界面变得模糊。微区尺寸通常在纳米量级，甚至有些情况下减少到“分子复合”的水平，因此它具有许多优越的性能。有机-无机杂化或复合材料最主要的制备方法是溶胶-凝胶法，在高性能涂料中已进行了许多研究和应用方面的工作。研究者大多采用在硅氧网络中，杂有一些有机链段；对此种硅系的溶胶-凝胶所做的研究中，认为主要利用硅溶胶表面的烷氧基，它可与金属尤其是铝金属表面的羟基反应生成共价键，加强了涂料与金属表面的结合力。
目前有些汽车涂料的涂层不耐自动化的洗刷而易擦毛变糙，又不耐酸雨侵蚀。美国的Dow Coning公司有科研人员研究用二氧化硅和丙烯酸的溶胶-凝胶来改善汽车的罩光清漆。他们用正硅酸乙酯和含丙烯酸基的三烷氧基硅烷反应制得的缩合物，也即制得硅-丙烯酸的溶胶-凝胶，加入到常规的汽车罩光清漆，其效果较好，可提高耐擦洗性和耐酸雨刻蚀性。
上述涂料的溶胶-凝胶法，大多数还是基于有机溶剂，有机溶剂型涂料由于有大量挥发性有机化合物(VOC)，在使用过程中会排放到大气中，大仅造成资源和能源的浪费，而且严重污染环境。近年来，各国政府制定了日益严格的环保法规来严格控制VOC的排放量。我国政府早在1989年12月颁布了环境保护法。这些都促使涂料工业向环保型涂料方向发展。它们主要包括有水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。其中以水性涂料发展最为迅速，它们施工性好，安全无毒，耐洗刷，耐水、耐候、耐老化等优良性能，愈来愈得到人们的重视。
基于上述分析可知，对传统的溶剂型涂料，实现在完全水性体系条件下，使有机-无机聚合物同时互穿网络。制备有机-无机杂化的复合新涂料，是我们当前的研究课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水性聚丙烯酸酯复合涂料的制备方法。本发明的又一目的是提供水为介质的聚丙烯酸酯-异氰酸酯-二氧化硅三元体系的有机-无机杂化的复合涂料及其制备方法。
本发明一种水性聚丙烯酸酯复合涂料，其特征在于该复合涂料为聚丙烯酸酯-异氰酸酯-二氧化硅三元组分系统；其组成及重量百分比如下：
A.复合涂料A的组成及重量百分比：
含15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液        65～75％
水分散性多异氰酸酯(Bayer N 3300)                  19～28％
二氧化硅溶液                                      5～8％
助剂分散剂                                        0.1～0.5％
B.复合涂料B的组成及重量百分比：
含3％N-羟甲基丙烯酰胺单体的聚丙烯酸酯乳液         70～80％
水分散性多异氰酸酯(Bayer N 3300)                  6～10％
二氧化硅溶液                                      10～20％
助剂分散剂                                        0.1～0.5％
本发明水性聚丙烯酸酯复合涂料的制备方法，其特征在于按传统普通常规方法制备，取一定量的聚丙烯酸酯乳液，用氨水调节pH值至7，随后加入水分散性多异氰酸酯和二氧化硅溶胶，再用2N盐酸调节pH值为7，再加入微量助剂分散剂，在常温下用高速搅拌机搅拌使分散并混合均匀，即制得水性聚丙烯酸酯复合涂料。
本发明的水性聚丙烯酸酯复合涂料的优点是：因不采用有机溶剂，故无有机溶剂挥发物产生，对安全生产和环保非常有利；该涂料具有较好的附着力、较好的耐水性、耐擦洗，且耐一般溶剂侵蚀；该涂料特别适用于作为水性木器漆使用，涂层具有较好的硬度、透明度及耐磨性。
具体实施方式
现将本发明通过实施例进一步具体叙述于后。
实施例1
制备复合涂料A：
称取40g含有15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液；该乳液的固含量为48％；先用氨水调节pH值至7，随后加入水分散性多异氰酸酯20g配制成的30％的浮液；该水分散性多异氰酸酯的产品牌号为Bayer公司的N3300；再加入市售的含量为30％、平均粒径为6～8nm的二氧化硅溶胶5g；再用2N盐酸调节pH值至7；然后加入微量的助剂分散剂0.2g；在常温下用高速搅拌机搅拌使分散并混合均匀，即制得水性聚丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于打磨平整的柚木表面，80℃下固化20分钟，然后再进行第二遍涂刷、固化，如此重复涂刷共5次；其试样留作性能评价试验。
实施例2
制备复合涂料B：
称取70g含有15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液；该乳液的固含量为48％；先用氨水调节pH值至7，随后加入水分散性多异氰酸酯40g配制成的30％的浮液；该水分散性多异氰酸酯的产品牌号为Bayer公司的N3300；再加入市售的含量为30％、平均粒径为6～8nm的二氧化硅溶胶5g；再用2N盐酸调节pH值至7；然后加入微量的助剂分散剂0.2g；在常温下用高速搅拌机搅拌使分散并混合均匀，即制得水性聚丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于打磨平整的柚木表面，80℃下固化20分钟，然后再进行第二遍涂刷、固化，如此重复涂刷共5次；其试样留作性能评价试验。
实施例3
制备复合涂料A：
本实施例与上述实施例1制备过程，完全相同。不同的是各物料的用量不同：采用含15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液60g、水分散性多异氰酸酯40g、二氧化硅溶胶10g，搅拌混合均匀后即得水性丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于柚木表面，重复多次，80℃下固化20分钟，试样留作性能评价试验。
实施例4
制备复合涂料A：
本实施例与上述实施例1制备过程，完全相同。不同的是各物料的用量不同：采用含15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液70g、水分散性多异氰酸酯30g、二氧化硅溶胶10g，搅拌混合均匀后即得水性丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于柚木表面，重复多次，80℃下固化20分钟，试样留作性能评价试验。
实施例5
制备复合涂料B：
称取40g含有3％N-羟甲基丙烯酰胺单体的丙烯酸酯乳液；该乳液的固含量为40％；先用氨水调节pH值至7，随后加入水分散性多异氰酸酯20g配制成的30％的浮液，该水分散性多异氰酸酯的产品牌号为Bayer公司的N3300；再加入市售的含量为30％、平均粒径为6～8nm的二氧化硅溶胶5g；再用2N盐酸调节pH值至7；然后加入微量的助剂分散剂0.2g；在常温下用高速搅拌机搅拌使分散并混合均匀，即制得水性聚丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于打磨平整的柚木表面，80℃下固化20分钟，然后再进行第二遍涂刷、固化，如此重复涂刷共5次；其试样留作性能评价试验。
实施例6
制备复合涂料B：
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同。不同的是各物料的用量不同：采用含5％N-羟甲基丙烯酰胺单体的丙烯酸酯乳液80g、水分散性多异氰酸酯10g、二氧化硅溶胶15g，搅拌混合均匀后制得水性丙烯酸酯复合涂料。
将上述涂料涂刷于柚木表面，重复多次，80℃下固化20分钟，试样留作性能评价试验。
性能对比试验
为了作涂料性能对比，将目前市场一般供应的硝基清漆作为对比对象。
(1)、复合涂料A与硝基清漆的性能对比(见表1)
                      表1  复合涂料A与硝基清漆的性能对比
涂料   VOC及环境污染性   涂层硬度   光泽度(％) 耐水性   耐溶剂性   耐水擦洗性(次) 耐紫外线
  硝基清漆   高   1.5H   95   中等   差   3000   泛黄
  实施例1   无   2.5H   95   好   好   ＞10000   无变化
  实施例2   无   ＞2.5H   ＞95   好   好   ＞10000   无变化
  实施例3   无   ＞2.5H   ＞95   好   好   ＞10000   无变化
  实施例4   无   2.0H   90   好   中等   5000   无变化
(2)、复合涂料B与硝基清漆的性能对比(见表2)
                     表2  复合涂料B与硝基清漆的性能对比
涂料   VOC及环境污染性   涂层硬度   光泽度(％) 耐水性   耐溶剂性   耐水擦洗性(次) 耐紫外线
  硝基清漆   高   1.5H   95   中等   差   3000   泛黄
  实施例5   无   2.5H   90   好   好   8000   无变化
  实施例6   无   2.0H   亚光   好   中等   5000   无变化
上述各实施例的涂料样品，其涂层涂膜进行扫描电子显微镜(SEM)微相结构测试，观察到在15万倍放大倍数下，其有机-无机杂化涂层膜呈均相体系，达到分子复合水平。另外可见到SiO2微机区，其区域范围大小为100～280nm。
本发明的水性聚丙烯酸酯复合涂料适宜于作为木器漆的使用。

Claims (2)

1.一种水性聚丙烯酸酯复合涂料，其特征在于该复合涂料为聚丙烯酸酯-异氰酸酯-二氧化硅三元组分系统；其组成及重量百分比如下：
A.复合涂料A的组成及重量百分比：
含15％丙烯酸-β-羟乙酯单体的聚丙烯酸酯乳液    65～75％
水分散性多异氰酸酯(Bayer N3300)               19～28％
二氧化硅溶液                                  5～8％
助剂分散剂                                    0.1～0.5％
B.复合涂料B的组成及重量百分比：
含3％N-羟甲基丙烯酰胺单体的聚丙烯酸酯乳液     70～80％
水分散性多异氰酸酯(Bayer N3300)               6～10％
二氧化硅溶液                                  10～20％
助剂分散剂                                    0.1～0.5％。
2.根据权利要求1所述的水性聚丙烯酸酯复合涂料的制备方法，其特征在于按传统普通常规方法制备，取一定量的聚丙烯酸酯乳液，用氨水调节pH值至7，随后加入水分散性多异氰酸酯和二氧化硅溶胶，再用2N盐酸调节pH值为7，再加入微量助剂分散剂，在常温下用高速搅拌机搅拌使分散并混合均匀，即制得水性聚丙烯酸酯复合涂料。
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