CN102643072B - 一种纳米无机不粘水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米无机不粘水性涂料及其制备方法，所述的涂料由A组分和B组分按重量比3：1组成，上述的A组分由氧化硅溶胶、氧化铝晶种、氧化钇晶种、金红石型钛白粉、纳米二氧化硅、氧化铁黑、异丙醇、去离子水、羧甲基醋酸丁酸纤维素和聚乙烯醇组成，上述的B组分由甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、异丙醇和乙醇组成；其制备方法：将涂料的A组分和B组分按重量比3：1混合，在35℃、200-300RPM状态下密封搅拌熟化12小时以上，从而得到纳米无机不粘水性涂料，本发明以天然矿石和金属氧化物为原料，并且在制备过程中以水为分散介质，从根本上解决了常规涂料中溶剂对环境的污染，而且产品不会含有VOC。

Description

一种纳米无机不粘水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料，尤其涉及一种纳米无机不粘水性涂料及其制备方法。

背景技术

传统涂料都是由天然油料或树脂和合成高分子聚合物为主要成膜材料的油性涂料，油性涂料虽然具有耐化学性、耐水性、耐磨且附着力好等优点，然而油性涂料的原材料绝大部分来自石化行业，并且以有机溶剂为分散介质，从而导致油性涂料在生产应用过程中，涂料的溶剂或涂料释放出VOC会污染环境，严重损害人们的身体健康。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米无机不粘水性涂料及其制备方法，该涂料以天然矿石和金属氧化物为原材料，并且以水为分散介质，从根本上解决了常规涂料制备过程中使用有机溶剂对环境造成污染的问题，生产出一种零VOC排放、零有害物质的涂料产品。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种纳米无机不粘水性涂料，由A组分和B组分按重量比3：1混合组成，所述的A组分由以下成分按以下的重量份组成：氧化硅溶胶30-35份，氧化铝晶种10-15份，氧化钇晶种10-15份，金红石型钛白粉8-13份，纳米二氧化硅5-10份，氧化铁黑1-4份，异丙醇5-10份，去离子水20-25份，羧甲基醋酸丁酸纤维素1-3份,聚乙烯醇0.5-2份；所述的B组分由以下成分按以下的重量份组成：甲基三乙氧基硅烷45-50份，正硅酸乙酯15-20份，正硅酸甲酯15-20份，异丙醇5-10份，乙醇5-10份。

进一步，所述氧化铝晶种的平均粒径为10-100nm。

再进一步，所述的氧化钇晶种的平均粒径为10-100nm。

进一步，所述纳米无机不粘水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）按涂料A组分配比，将氧化硅溶胶、氧化铝晶种、氧化钇晶种、聚乙烯醇放置在密闭性反应釜中，在800-1000RPM的高速搅拌3小时，再加入浓度为30%的磷酸溶液调整混合物的pH=2-3,最后放置在温度保持在45-50℃之间的研磨机上研磨4-5小时，得到晶种化溶胶；

2）将羧甲基醋酸丁酸纤维素、异丙醇和去离子水混合，加入步骤1）的晶种化溶胶，再依次加入金红石型钛白粉、纳米二氧化硅、氧化铁黑，在800-1000RPM高速搅拌均匀后，再经研磨机研磨加工至细度≤5-8μm，最后加磷酸调整pH=3.5-4.5后，再次搅拌均匀得到涂料的A组分；

3）按涂料B组分配比，将甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、异丙醇、乙醇混合并在200-300RPM低速搅拌分散均匀制成涂料B组分；

4）将A组分和B组分按重量比3：1混合，在35℃、200-300RPM状态下密封搅拌熟化12小时以上得到纳米无机不粘水性涂料，上述的熟化反应使得B组分中的烷氧基硅烷发生水解，并与A组分中的物质进行缩聚反应，及自身的缩聚反应，从而得到性能优越的不粘水性涂料。

本发明的有益效果是：由于本发明产品的原材料来自于极普通的、储量极为丰富的天然矿石和金属氧化物，而且生产工艺比较简单，能耗相对较低，因此能够有效降低产品的生产成本，并且本发明产品在制备过程中以水为分散介质，从根本上解决了常规涂料制备过程中使用有机溶剂对环境造成污染的问题，并且本产品中不含有VOC，大大提高了使用的安全性；同时本发明在制备过程中将金属氧化物溶胶晶种化，提高了涂层的致密度和光滑度，有效解决了现有水性涂料的厚膜容易龟裂和微缺陷等问题。

具体实施方式

为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

1）取氧化硅溶胶30份、氧化铝晶种10份、氧化钇晶种10份、聚乙烯醇0.5份放置在密封性的反应釜中，然后用800RPM的转速对反应釜中的混合物进行搅拌3小时，使其均匀化，再将浓度为30%的磷酸溶液加入反应釜中，调整混合物的pH值为2，最后将反应釜中的混合物放置在温度保持为45℃的研磨机内研磨4小时，得到晶种化的溶胶，上述的氧化铝晶种和氧化钇晶种的平均粒径优先选为10nm，当然选为其他平均粒径也可以。

2）将异丙醇5份和去离子水20份混合，加入1份羧甲基醋酸丁酸纤维素，然后再将步聚1）得到的晶种化溶胶、金红石型钛白粉8份、纳米二氧化硅5份和氧化铁黑1份依次加入上述的混合溶液中，再用800rmp的转速对溶液进行搅拌，使其分散均匀后，再将分散均匀的溶液放置球型研磨机上研磨6小时，使得其细度≤5μm，加入一定量的磷酸调整其的pH值为3.5，最后搅拌均匀，得到涂料的A组分。

3）取甲基三乙氧基硅烷45份、正硅酸乙酯15份、正硅酸甲酯15份、异丙醇5份、乙醇5份加入到反应釜中，然后再在200RPM的转速下搅拌分散均匀后，得到涂料的B组分。

4）将步骤2）得到的A组分和步骤3）得到的B组分按照3：1的重量比加入到密闭式反应釜中，然后保持反应釜中的温度为35℃，用200RPM的转速对反应釜中的混合物进行密封搅拌熟化13小时，从而得所述的纳米无机不粘水性涂料。

实施例2

1）取氧化硅溶胶33份、氧化铝晶种13份、氧化钇晶种13份、聚乙烯醇1份放置在密封性的反应釜中，然后用900RPM的转速对反应釜中的混合物进行搅拌3小时，使其均匀化，再将浓度为30%的磷酸溶液加入反应釜中，调整混合物的pH值为2.5，最后将反应釜中的混合物放置在温度保持为48℃的研磨机内研磨4.5小时，得到晶种化的溶胶,上述的氧化铝晶种和氧化钇晶种的平均粒径优先选为50nm，当然选为其他平均粒径也可以。

2）将异丙醇8份和去离子水23份混合，加入2份羧甲基醋酸丁酸纤维素，然后再将步聚1）得到的晶种化溶胶、金红石型钛白粉11份、纳米二氧化硅8份和氧化铁黑2.5份依次加入上述的混合溶液中，再用900rmp的转速对溶液进行搅拌，使其分散均匀后，再将分散均匀的溶液放置球型研磨机上研磨6小时，使得其细度≤6.5μm，再然后，加入一定量的磷酸调整其的pH值为4，最后搅拌均匀，得到涂料的A组分。

3）取甲基三乙氧基硅烷48份、正硅酸乙酯18份、正硅酸甲酯18份、异丙醇8份、乙醇8份加入到反应釜中，然后再在250RPM的转速下搅拌分散均匀后，得到涂料的B组分。

4）将步骤2）得到的A组分和步骤3）得到的B组分按照3：1的重量比加入到密闭式的反应釜中，然后保持反应釜中的温度为35℃，用250RPM的转速对反应釜中的混合物进行密封搅拌熟化15小时，从而得所述的纳米无机不粘水性涂料。

实施例3

1）取氧化硅溶胶35份、氧化铝晶种15份、氧化钇晶种15份、聚乙烯醇2份放置在密封性的反应釜中，然后用1000RPM的转速对反应釜中的混合物进行搅拌3小时，使其均匀化，再将浓度为30%的磷酸溶液加入反应釜中，调整混合物的pH值为3，最后，将反应釜中的混合物放置在温度保持为50℃的研磨机内研磨5小时，得到晶种化的溶胶,上述的氧化铝晶种和氧化钇晶种的平均粒径优先选为100nm，当然选为其他平均粒径也可以。

2）将异丙醇10份和去离子水25份混合，加入3份羧甲基醋酸丁酸纤维素3份，然后再将步聚1）得到的晶种化溶胶、金红石型钛白粉13份、纳米二氧化硅10份和氧化铁黑4份依次加入上述的混合溶液中，再用1000rmp的转速对溶液进行搅拌，使其分散均匀后，再将分散均匀的溶液放置球型研磨机上研磨6小时，使得其细度≤8μm，加入一定量的磷酸调整其的pH值为4.5，最后搅拌均匀，得到涂料的A组分。

3）取甲基三乙氧基硅烷50份、正硅酸乙酯20份、正硅酸甲酯20份、异丙醇10份、乙醇10份加入到反应釜中，然后再在300RPM的转速下搅拌分散均匀后，得到涂料的B组分。

4）将步骤2）得到的A组分和步骤3）得到的B组分按照3：1的重量比加入到密闭式的反应釜中，然后保持反应釜中的温度为35℃，用300RPM的转速对反应釜中的混合物进行密封搅拌熟化18小时，从而得到所述的纳米无机不粘水性涂料。

上述三个实施例中的一种纳米无机不粘水性涂料的原材料来自极普通的、储量极为丰富的天然矿石和金属氧化物，因而成本低廉；同时本发明的涂料制备过程中以水为分散介质，而非常规制备过程中采用的有机溶剂，这从根本上解决了油性涂料中有机溶剂对环境的污染，解决了常规涂料含有VOC的问题；同时将金属氧化物溶胶的晶种化，可提高涂层的致密度和光滑度，从而解决现有水性涂料的厚膜容易龟裂和微缺陷等问题；另外选取甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯三种带有不同的取代基和不同的官能团数目的烷氧基硅烷，调整R/Si为2.2-2.4，烷氧基硅烷水解后，与A组分中的物质进行缩聚反应，会生成一种相对分子质量较低的油状共聚物，使用时会形成厌油性的保护层，从而使涂层具有良好的不粘效果。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种纳米无机不粘水性涂料，其特征在于，由A组分和B组分按重量比3：1混合组成，所述的A组分由以下成分按以下的重量份组成：氧化硅溶胶30-35份，氧化铝晶种10-15份，氧化钇晶种10-15份，金红石型钛白粉8-13份，纳米二氧化硅5-10份，氧化铁黑1-4份，异丙醇5-10份，去离子水20-25份，羧甲基醋酸丁酸纤维素1-3份,聚乙烯醇0.5-2份；所述的B组分由以下成分按以下的重量份组成：甲基三乙氧基硅烷45-50份，正硅酸乙酯15-20份，正硅酸甲酯15-20份，异丙醇5-10份，乙醇5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种纳米无机不粘水性涂料，其特征在于：所述氧化铝晶种的平均粒径为10-100nm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米无机不粘水性涂料，其特征在于：所述的氧化钇晶种的平均粒径为10-100nm。

4.根据权利要求1至3任一所述纳米无机不粘水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按涂料A组分配比，将氧化硅溶胶、氧化铝晶种、氧化钇晶种、聚乙烯醇放置在密闭性反应釜中，在800-1000RPM的高速搅拌3小时，再加入浓度为30%的磷酸溶液调整混合物的pH=2-3,最后放置在温度保持在45-50℃之间的研磨机上研磨4-5小时，得到晶种化溶胶；

2）将羧甲基醋酸丁酸纤维素、异丙醇和去离子水混合，加入步骤1）的晶种化溶胶，再依次加入金红石型钛白粉、纳米二氧化硅、氧化铁黑，在800-1000RPM高速搅拌均匀后，再经研磨机研磨加工至细度≤5-8μm，最后加磷酸调整pH=3.5-4.5后，再次搅拌均匀得到涂料的A组分；

3）按涂料B组分配比，将甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、异丙醇、乙醇混合并在200-300RPM低速搅拌分散均匀制成涂料B组分；

4）将A组分和B组分按重量比3：1的重量比混合，在35℃、200-300RPM状态下密封搅拌熟化12小时以上得到纳米无机不粘水性涂料。