CN102190937B

CN102190937B - 水性弹性涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN102190937B
Application number: CN201110095087.1A
Authority: CN
Inventors: 沈志明; 朱殿奎; 李晴; 朱灿银; 季永新; 朱清
Original assignee: JIANGSU FENGCAI ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd; JIANGSU COLOURFUL NEW BUILDING MATERIAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU COLOURFUL NEW BUILDING MATERIAL INDUSTRY Co.,Ltd.; Jiangsu Fengcai Architectural Technology Development Co.,Ltd.
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: CN102190937A

Abstract

本发明提供了一种水性弹性涂料，其各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液15-40%；颜填料20-40%；红外辐射功能填料5-20%；乙二醇0.5-5%；助剂0.08-18%；去离子水5-40%，其中使用了炼钢废渣制备红外辐射功能填料。本发明的有益效果主要体现在：利用炼钢废渣作为主要原料，降低了生产成本，且绿色环保；通过优化的配比和制备方法，水性弹性涂料具备优异的红外反射发射能力，提高了建筑物的节能和装饰效果。

Description

水性弹性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性弹性涂料及其制备方法，尤其是涉及一种用于建筑物内外墙涂装的环保型水性弹性涂料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人类社会的不断进步，人们自我保护意识的不断增强，有选择地使用绿色节能节耗材料已大势所趋，隔热材料正在经历一场由工业隔热保温向建筑隔热保温为主，由厚层隔热保温向薄层隔热保温的技术变革。复合型建筑隔热涂料系统在今后几年将会得到更大的发展，应用量也将会显著增加，作为一种从原料到功能都是绿色的保温系统，复合型隔热涂料系统有着更为广阔的市场和应用前景。

对于红外辐射涂料的应用研究还有许多工作要做，主要集中在以下几点。

1、红外辐射材料的红外发射率，性能稳定性，使用寿命有待改进、提高。

2、使用化工原料作为红外辐射涂料的基料，价格昂贵，需开发选用低价原料。

3、在建筑外墙节能方面的应用，及高层建筑的顶层，红外辐射材料制品需要进一步研究。

工业废渣的资源化再利用率一直不高，多用于铺路等附加值不高的方面，更甚者直接堆放，极易造成二次污染。扩大工业废渣的资源化再利用途径是社会发展及功能化涂料发展的必然。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种节能环保的水性弹性涂料。

本发明的目的通过提供如下的一种水性弹性涂料来实现：

一种水性弹性涂料，其各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液15-40%；颜填料20-40%；红外辐射功能填料5-20%；乙二醇0.5-5%；助剂0.08-16%；去离子水5-40%。

优选的，水性弹性涂料各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液30%，颜填料30%，红外辐射功能填料8%，乙二醇2.3%，助剂5.7%，去离子水24%。

优选的，所述的弹性聚合物乳液的各组分及其重量百分比如下：水50-70%、乳化剂0.4-6.0%、引发剂0.2-1.0%、丙烯酸酯类单体40-60%、自交联单体10-20%、含活性羰基的功能单体2%-12%，含酰肼的聚合物2%-12%。

优选的，所述红外辐射填料的全波长积分发射率为90-93%，8-25μm波长积分发射率为92-95%。

优选的，所述助剂的组分及在水性弹性涂料中的重量百分比如下：分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%，流平剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，防冻剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%。

本发明的目的通过提供上述的水性弹性涂料的制备方法来实现：

前述的水性弹性涂料的制造方法，包括以下步骤：使用炼钢废渣制备红外辐射功能填料；制备弹性聚合物乳液；按组分重量比，将颜填料20-40%，乙二醇0.5-5%，分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，和配方中的去离子水的80%添加到涂料分散罐中，将涂料分散罐在高速分散机上以1400转/分至1500转/分分散搅拌10-40分钟；以去离子水的剩余20%冲洗分散罐，并连同洗后的浆料一起加入调漆罐；以600转/分至1000转/分搅拌调漆罐，依次加入增稠剂0.01-2%、红外辐射功能填料5-20%，搅拌均匀后加入弹性聚合物乳液15-40%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%，搅拌均匀后，加入流平剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%调节黏度，调整后以400-800转/分低速匀化20分钟，出料。

优选的，使用炼钢废渣制备红外辐射功能填料包括以下步骤：按组分重量比，将80-95%的炼钢废渣，与5-20%的氧化物混合，进行研磨并混合均匀；将研磨混合后的炼钢废渣与氧化物的混合物在1000-1700℃高温下煅烧1-5小时，得到红外辐射功能填料粗料；将所述红外辐射功能填料初料进行粉碎、研磨和过筛，得到红外辐射功能填料。

优选的，所述氧化物为氧化锆、二氧化锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化镍、二氧化硅、二氧化钛、氧化铬、氧化镍、氧化硼中的至少两种。

优选的，制备弹性聚合物乳液包括以下步骤：

1）、在接有冷凝回流、搅拌、恒温装置的反应釜中加入20%-30%重量百分比去离子水、0.2%-0.4%重量百分比乳化剂，在65-75℃之间的恒温下以120转/分-180转/分的转速搅拌，同时通氮气以除去烧瓶和水中的溶解氧；

持续120转/分-180转/分的转速搅拌、通氮气及密封20至40分钟后滴加核层混合单体预乳化液和0.1%-0.5%质量百分比的2%浓度引发剂水溶液；滴加速度控制为1.5-2.0毫升/分；升温至60-85℃继续反应1.5至3小时，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ；

2）、取上述弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ于反应釜中通氮气除氧后，持续120转/分-180转/分的转速搅拌搅拌、氮气及密封，滴加壳层混合单体预乳化液和0.1%-0.5%质量百分比的2%浓度引发剂水溶液，当混合单体溶液滴加至75%-85%体积百分数时，在剩余壳层混合单体预乳化液中加入2%-12%质量百分比的含活性羰基功能单体，搅拌5-15分钟，混合均匀后继续滴加完，升温至60-75℃反应50分钟至70分钟,再升温至76-85℃反应50分钟至70分钟后降温至40℃以下，中和至pH为7.5-8.0后出料，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ。

3）、在制备好的弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ中，加入2%-12%重量百分比的含酰肼聚合物，搅拌均匀，得到弹性聚合物乳液。

优选的，所述的含活性羰基功能单体为双丙酮丙烯酰胺2-12%、甲基丙烯醛0-5%、甲基乙烯基酮0-5%、甲基丙烯酸乙酰氧基酯0-5%、丙烯酸乙酰氧基酯中0-5%的一种或几种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过氧酸钠中的一种；所述的交联单体为N-羟甲基丙烯酰胺；所述的含酰肼的聚合物为碳酸二酰肼0-5%、草酸二酰肼0-5%、丁二酸二酰肼0-5%、己二酰肼2-12%中的至少一种。

本发明的有益效果主要体现在：利用炼钢废渣作为主要原料，降低了生产成本，且绿色环保；通过优化的配比和制备方法，水性弹性涂料具备优异的红外反射发射能力，提高了建筑物的节能和装饰效果。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以具体实施方式的详细说明中，将可清楚的呈现。然而本领域技术人员将意识到此处的具体描述仅仅用于示例目的，本发明并不局限于此。

本发明的具体实施例的水性弹性涂料的各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液15-40%；颜填料20-40%；红外辐射功能填料5-20%；乙二醇0.5-5%；助剂0.08-16%；去离子水5-40%。优选的，水性弹性涂料的各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液30%，颜填料30%，红外辐射功能填料8%，乙二醇2.3%，助剂5.7%（分散剂0.1%，润湿剂1.5%，增稠剂2%，流平剂0.08%，成膜助剂1.5%，消泡剂0.3%，杀菌剂0.02%），去离子水24%。

其中，弹性聚合物乳液为核壳型室温自交联聚合物乳液，其各组分及其重量百分比如下：水50-70%、乳化剂0.4-6.0%、引发剂0.2-1.0%、丙烯酸酯类单体40-60%、自交联单体10-20%、含活性羰基的功能单体2%-12%，含酰肼的聚合物2%-12%。助剂的组分及在水性弹性涂料中的重量百分比如下：分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%，流平剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，防冻剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%。

以下描述本发明的具体实施例的水性弹性涂料的制备方法。

首先，使用炼钢废渣制备红外辐射功能填料，具体为：

按组分重量比，将80-95%的炼钢废渣，与5-20%的氧化物混合，进行研磨并混合均匀，所述氧化物为氧化锆、二氧化锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化镍、二氧化硅、二氧化钛、氧化铬、氧化镍、氧化硼中的至少两种。然后，将研磨混合后的炼钢废渣与氧化物的混合物在1000-1700℃高温下煅烧1-5小时，得到红外辐射功能填料初料。最后，将所述红外辐射功能填料初料进行粉碎、研磨和过筛，得到红外辐射功能填料。

优选的，在本实施例中以重量百分数85%高炉炼钢废渣作为主要原料，辅以重量百分数的氧化锆1%、二氧化锰3%、氧化镁0.5%、三氧化二铁0.5%、氧化镍0.1%、二氧化硅3%、二氧化钛3%、氧化铬0.2%、氧化镍0.7%、氧化硼3%，物料经过预处理研磨后充分混合均匀，置于1200℃中煅烧1.5h，得到红外辐射功能填料粗料，经过再次粉碎、研磨、过筛，得到红外辐射功能粉体填料（记为Z1）。

可选的，以重量百分数87%高炉炼钢废渣作为主要原料，辅以重量百分数氧化锆0.8%、二氧化锰2%、氧化镁0.3%、三氧化二铁1%、氧化镍0.2%、二氧化硅2.5%、二氧化钛2.5%、氧化铬0.2%、氧化镍0.5%、氧化硼3%，物料经过预处理研磨后充分混合均匀，置于1200℃中煅烧1.5h，得到红外辐射功能填料粗料，经过再次粉碎、研磨、过筛，得到红外辐射功能粉体填料（记为Z2）。

所述红外辐射填料的全波长积分发射率为90-93%，8-25μm波长积分发射率为92-95%。

然后，制备弹性聚合物乳液。

弹性聚合物乳液制备方法具体如下：

1）、在接有冷凝回流、搅拌、恒温装置的反应釜中加入20%-30%，优选为25%重量百分比去离子水、0.2%-0.4%，优选为0.3%重量百分比乳化剂，以120转/分-180转/分，优选为150转/分转速搅拌于65-75℃之间，优选为70℃的恒温，同时通氮气以除去烧瓶和水中的溶解氧。持续120转/分-180转/分搅拌、氮气及密封，20至40分钟后滴加核层混合单体预乳化液（10%重量百分比丙烯酸酯类单体、10%重量百分比的自交联单体、10%重量百分比的去离子水、0.5%重量百分比的乳化剂持续搅拌20分钟后得到）和0.5%质量百分比的2%浓度引发剂水溶液；滴加速度控制为1.5-2.0毫升/分；升温至80℃继续反应1.5至3小时，优选为2小时，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ；

2）、取上述弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ于反应釜中通氮气除氧后，持续120转/分-180转/分搅拌、氮气及密封，滴加壳层混合单体预乳化液（15%重量百分比丙烯酸酯类单体、12%重量百分比的去离子水、0.5%乳化剂重量百分比的持续搅拌20分钟后得到）和0.2%质量百分比的2%浓度引发剂水溶液，当混合单体溶液滴加至75%-85%体积百分数时，在剩余壳层混合单体预乳化液中加入8%质量百分比的含活性羰基的功能单体（双丙酮丙烯酰胺：甲基乙烯基酮：丙烯酸乙酰氧基酯=7：2：1），搅拌5-15分钟，混合均匀后继续滴加完，升温至60-75℃反应50分钟至70分钟，升温至76-85℃反应50分钟至70分钟后降温至40℃以下，中和至pH为7.5-8.0后出料，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ；

3）、在制备好的弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ中，加入2%-12%重量百分比的含酰肼的聚合物（己二酰肼：碳酸二酰肼=7：3），搅拌均匀，得到弹性聚合物乳液。

弹性聚合物乳液的含活性羰基功能单体为双丙酮丙烯酰胺2-12%、甲基丙烯醛0-5%、甲基乙烯基酮0-5%、甲基丙烯酸乙酰氧基酯0-5%、丙烯酸乙酰氧基酯中0-5%的一种或几种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过氧酸钠中的一种；所述的交联单体为N-羟甲基丙烯酰胺；所述的含酰肼的聚合物为碳酸二酰肼0-5%、草酸二酰肼0-5%、丁二酸二酰肼0-5%、己二酰肼2-12%中的至少一种。

壳层混合单体预乳化液为10%-30%重量百分比丙烯酸酯类单体、10%-20%重量百分比的自交联单体、10%-20%重量百分比的去离子水、0.1%-1%重量百分比的乳化剂持续搅拌20分钟后得到。

红外辐射功能填料和制备弹性聚合物乳液制备完毕后，按组分重量比，将颜填料20-40%，乙二醇0.5-5%，分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，和配方中的去离子水的80%添加到涂料分散罐中，将涂料分散罐在高速分散机上以1400转/分至1500转/分分散搅拌10-40分钟；以去离子水的剩余20%冲洗分散罐，并连同洗后的浆料一起加入调漆罐。本步骤中，优选的为：按组分重量比，将颜填料30%，乙二醇2.3%，分散剂0.1%，润湿剂1.5%，成膜助剂1.5%，消泡剂0.5%，和配方中80%的去离子水添加到涂料分散罐中，将涂料分散罐在高速分散机上以高速（1460转/分）分散搅拌20分钟；以余量20%的去离子水冲洗分散罐，并连同洗后的浆料一起加入调漆罐。

随后，以600转/分至1000转/分搅拌调漆罐，依次加入增稠剂0.01-2%、红外辐射功能填料5-20%，搅拌均匀后加入弹性聚合物乳液15-40%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%，搅拌均匀后，加入流平剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%调节黏度，调整后以400-800转/分低速匀化20分钟，出料。本步骤中，优选的为：依次加入增稠剂2%、红外辐射功能填料（Z1或Z2）8%，搅拌均匀后加入弹性聚合物乳液30%，消泡剂0.2%，杀菌剂0.02%，搅拌均匀后，加入流平剂0.08%，增稠剂2%调节黏度，调整后以400-800转/分低速匀化20分钟，出料，得到水性弹性涂料。

所得水性弹性涂料，在乳胶粒子和涂料水性体系中引入了可以室温自交联的活性官能团酮羰基和酰肼基，常温储存的情况下，比较稳定，不会发生交联反应，而在成膜过程中，由于水分挥发，漆膜内pH值的变化，酮羰基和酰肼基发生室温自交联反应，得到乳胶漆涂膜具有优异的力学性能。

如下表1，通过本方法制备得到的红外辐射功能填料，检测结果如下所示：

表1

F1：全波长积分发射率；F2：（8-25）μm积分发射率；F3：8.45μm；F4：9.50μm；F5：10.60μm；F6：12.00μm；F7：13.50μm；F8：（14-25）μm积分发射率；

通过本方法制备得到的水性弹性涂料，其检测结果如下表所示：

通过上述的实验数据可以看出，本发明的水性弹性涂料的各项性能均达到了技术要求，在耐洗刷性，耐污粘性等重要指标上远远超出了要求，产品质量可靠，性能优异。

Claims

1.一种水性弹性涂料，其特征在于，其各组分及其重量百分比如下：

弹性聚合物乳液15-40%；

颜填料20-40%；

红外辐射功能填料5-20%；

乙二醇0.5-5%；

助剂0.08-16%；所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、润湿剂、防冻剂、杀菌剂；

去离子水5-40%；

所述的弹性聚合物乳液的各组分及其重量百分比如下：去离子水42-52%、乳化剂0.4-6.0%、引发剂0.2-1.0%、丙烯酸酯类单体20-40%、自交联单体10-20%、含活性羰基的功能单体2%-12%，含酰肼的聚合物2%-12%；

所述的含活性羰基功能单体为双丙酮丙烯酰胺的一种、或双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、甲基丙烯酸乙酰氧基酯、丙烯酸乙酰氧基酯中的几种；所述的交联单体为N-羟甲基丙烯酰胺；所述的含酰肼的聚合物为己二酰肼的一种、或碳酸二酰肼、草酸二酰肼、丁二酸二酰肼、己二酰肼中的几种。

2.根据权利要求1所述的水性弹性涂料，其特征在于：各组分及其重量百分比如下：弹性聚合物乳液30%，颜填料30%，红外辐射功能填料8%，乙二醇2.3%，助剂5.7%，去离子水24%。

3.根据权利要求1所述的水性弹性涂料，其特征在于：所述红外辐射填料的全波长积分发射率为90-93%，8-25μm波长积分发射率为92-95%。

4.根据权利要求1所述的水性弹性涂料，其特征在于：所述助剂的组分及在水性弹性涂料中的重量百分比如下：分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%，流平剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，防冻剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%。

5.根据权利要求1所述的水性弹性涂料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用炼钢废渣制备红外辐射功能填料；其步骤为：按组分重量比，将 80-95%的炼钢废渣，与5-20%的氧化物混合，进行研磨并混合均匀；

将研磨混合后的炼钢废渣与氧化物的混合物在1000-1700℃高温下煅烧1-5小时，得到红外辐射功能填料粗料；

将所述红外辐射功能填料初料进行粉碎、研磨和过筛，得到红外辐射功能填料；

所述氧化物为氧化锆、二氧化锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化镍、二氧化硅、二氧化钛、氧化铬、氧化镍、氧化硼中的至少两种；

制备弹性聚合物乳液；

按组分重量比，将颜填料20-40%，乙二醇0.5-5%，分散剂0.01-2%，润湿剂0.01-2%，成膜助剂0.01-2%，消泡剂0.01-2%，和配方中的去离子水的80%添加到涂料分散罐中，将涂料分散罐在高速分散机上以1400转/分至1500转/分分散搅拌10-40分钟；以去离子水的剩余20%冲洗分散罐，并连同洗后的浆料一起加入调漆罐；

以600转/分至1000转/分搅拌调漆罐，依次加入增稠剂0.01-2%、红外辐射功能填料5-20%，搅拌均匀后加入弹性聚合物乳液15-40%，消泡剂0.01-2%，杀菌剂0.01-2%，搅拌均匀后，加入流平剂0.01-2%，增稠剂0.01-2%调节黏度，调整后以400-800转/分低速匀化20分钟，出料。

6.根据权利要求5所述的水性弹性涂料的制备方法，其特征在于，制备弹性聚合物乳液包括以下步骤：

首先、在接有冷凝回流、搅拌、恒温装置的反应釜中加入20%-30%重量百分比去离子水、0.2%-0.4%重量百分比乳化剂，在65-75℃之间的恒温下以120 转/分-180 转/分的转速搅拌，同时通氮气以除去烧瓶和水中的溶解氧；

持续120 转/分-180 转/分的转速搅拌、通氮气及密封20至40 分钟后滴加核层混合单体预乳化液和0.1%-0.5%质量百分比的所述引发剂制备的2 %浓度水溶液；滴加速度控制为1.5 - 2.0毫升/分；升温至60-85℃继续反应1.5至3小时，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ；其中，所述核层混合单体预乳化液由10%重量百分比丙烯酸酯类单体、10%重量百分比的自交联单体、10%重量百分比的去离子水、0.5%重量百分比的乳化剂持续搅拌20分钟后得到；

接着、取上述弹性聚合物乳液中间产物Ⅰ于反应釜中通氮气除氧后，持续120 转/分-180 转/分的转速搅拌搅拌、氮气及密封，滴加壳层混合单体预乳化液和0.1%-0.5%质量百分比的所述引发剂制备的2 %浓度水溶液，当混合单体溶液滴加至75%-85%体积百分数时，在剩余壳层混合单体预乳化液中加入2%-12%质量百分比的含活性羰基功能单体，搅拌5-15分钟，混合均匀后继续滴加完，升温至60-75℃反应50分钟至70分钟, 再升温至76-85℃反应50分钟至70分钟后降温至40℃以下，中和至pH为7.5-8.0后出料，得到弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ；其中，所述壳层混合单体预乳化液由10-30%重量百分比丙烯酸酯类单体、12%重量百分比的去离子水、0.5%乳化剂重量百分比的持续搅拌20分钟后得到；

最后、在制备好的弹性聚合物乳液中间产物Ⅱ中，加入2%-12%重量百分比的含酰肼聚合物，搅拌均匀，得到弹性聚合物乳液。

7.根据权利要求6所述的水性弹性涂料的制备方法，其特征在于：所述的含活性羰基功能单体为双丙酮丙烯酰胺2-12%、甲基丙烯醛0-5%、甲基乙烯基酮0-5%、甲基丙烯酸乙酰氧基酯0-5%、丙烯酸乙酰氧基酯中0-5%的一种或几种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过氧酸钠中的一种；所述的交联单体为N-羟甲基丙烯酰胺；所述的含酰肼的聚合物为碳酸二酰肼0-5%、草酸二酰肼0-5%、丁二酸二酰肼0-5%、己二酰肼2-12%中的至少一种。