CN102702878A - 一种含氟水性涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含氟水性涂料，其特征在于，所述含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：氟碳乳液20～90％；钛白粉5～20％；填料1～31％；分散剂0.1～1.4％；消泡剂0.1～0.3％；润湿剂0.3～0.5％；杀菌防霉剂0.1～0.3％；成膜助剂0.01～13.5％；增稠剂0.01～1.1％；其余为水。其中，所述氟碳乳液为核-壳结构氟碳乳液。本发明使用乳胶粒的添加具有核壳结构的氟碳乳液，核壳化结构可以显著提高聚合物乳液的耐磨、耐水、耐候、抗污、防腐蚀性能以及抗张强度、抗冲强度和粘结强度，改善其透明性、降低最低成膜温度和改善加工性能。本发明公开的水性涂料具有广阔的市场前景。

Description

一种含氟水性涂料

技术领域

本发明涉及涂料工业领域，尤其是涉及一种含氟水性涂料。

背景技术

人类世界进入21世纪以来，环境保护越来越受到世人的关注。在涂料工业领域，溶剂型涂料含有大量的挥发性有机溶剂(VOC)，在使用过程中排入大气，不仅破坏大气环境，危害人们健康，同时也浪费资源，浪费能源。随着国际范围内的能源紧张和环境保护法规的进一步实施，VOC排放将进一步受到限制。因此不排放VOC或排放量严格限制在规定以下的涂料可称为“环保涂料”，市场也称为“绿色涂料”。为了满足建筑涂料在装饰、环保、节能、施工等方面的更高要求，近年来，国内外建筑涂料向水性化、高固体分化、高装饰性、高耐候性、高耐沾污性等方向发展。纳米技术与建筑涂料进行有机结合，对建筑涂料向高质量、高档次、环保型、多功能化等方向发展将会起着极大的推动作用；对提高建筑涂料在国内外市场上的竞争力，特别是与国外知名品牌的竞争性将起到积极作用。随着国家和各级地方政府部门对玻璃幕墙、墙面砖等建筑材料的限制使用，以及对环保型建筑涂料的大力推广应用，高性能、高质量的纳米复合建筑内外墙涂料将具有广阔的市场前景。

目前，一般将水性涂料、粉末涂料、高固份涂料以及辐射固化涂料称为环保涂料。在现在这样一个特定的历史条件下，作为环保型涂料极其重要一类的水性涂料，不仅制造过程中不排放有机溶剂，而且完全符合国际流行的“四E”（经济、环保、高效、性能卓越）原则，因而水性涂料的发展，呈现良好的前景。以水溶性树脂或水分散性树脂，包括合成聚合物乳液为基料的涂料均称为水性涂料，因此水性涂料也常称为水基涂料。

EVA、醋叔等。自从含氟聚合物问世以来，以其优越的性能征服了许多材料在某些领域难以解决的问题，促进了其在塑料、橡胶、力学材料及涂料领域中的应用。而作为环保型水性涂料，如果想成为新型涂料的代表，满足不同的市场需求，必然要开发高科技含量的含氟水性涂料，才能具有更强大的生命力。氟涂料是指以含氟树脂为基料的各类涂料，而氟碳树脂是以含氟烯烃为基本单位进行均聚或者共聚，或者以此为基础与其他单体进行共聚以及侧链含有氟碳化学键的单体自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多F-C化学键的一类树脂。含氟树脂水性分散体组合物由含氟树脂水性分散体形成，根据用途，其中还适当含有颜料、填充剂等添加剂。除经渗透涂布、浸渍涂布、喷涂涂饰等涂布工序得到的被覆材料之外，还用于多种用途，例如流延膜、塑料添加剂、纤维、土壤改良剂等。

CN200410053962X公开了一种含氟水性涂料，所述含氟水性涂料含有的重量组份及配比为氟碳乳液20～90%、辅助乳液1～25%、颜料5～20%、填料1～31%、分散剂0.1～1.4%、消泡剂0.1～0.3%、润湿剂0.3～0.5%、杀菌防霉剂0.1～0.3%、成膜助剂0.01～13.5%、增稠剂0.01～1.1%、多功能助剂0.3～0.5%，其余为水。该发明具有超耐候性；耐学品腐蚀性；耐污染性；高装饰性；可以喷涂、辊涂、刷涂，不易流挂，能在大多数材质上良好紧密的附着，寿命长，维护费用低，长期使用性能价格比高。

CN03811586.7公开了一种含氟树脂水性分散体组合物和含氟水性涂料组合物，所述含氟水性涂料添加有四氟乙烯聚合物，所述四氟乙烯聚合物中添加脂肪族聚氧化烯醚分散剂而形成，所述脂肪族聚氧化烯醚分散剂的50%分解温度大于等于250℃。

CN1738878公开了一种含氟水性涂料用组合物，其含有成分(A)和成分(B)，所述成分(A)是含有官能团的含氟树脂水性乳液，是将利用溶液聚合法得到的具有官能团的含氟烯烃共聚物分散在水中得到的；所述成分(B)是能在水中分散的非封端型异氰酸酯化合物，该含氟水性涂料用组合物常温下可以固化，而且能提供耐药品性、耐水性、耐溶剂性、耐污染性、硬度、耐候性、耐久性优异的涂膜。目前的市场对涂料的环保要求越来越高，VOC含量的高低在一定程度上成为衡量一种涂料是否是绿色环保涂料的标准。如何开发一种无气味、低VOC的乳液是当务之急。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种含氟水性涂料，所述含氟水性涂料包括如下组分：

氟碳乳液 20～90％

钛白粉 5～20％

填料 1～31％

分散剂 0.1～1.4％

消泡剂 0.1～0.3％

润湿剂 0.3～0.5％

杀菌防霉剂 0.1～0.3％

成膜助剂 0.01～13.5％

增稠剂 0.01～1.1％

其余为水；

其中，所述氟碳乳液为核-壳结构氟碳乳液。

优选地，本发明所述核-壳结构氟碳乳液为二氧化硅改性的核-壳结构氟碳乳液，优选纳米级的二氧化硅改性的核-壳结构氟碳乳液。

本发明所述的核-壳结构氟碳乳液，是依据“粒子设计”的思想，出现了复合高分子乳液，所述复合高分子乳液是把两种或多种性质不同的物质在一定条件下按两阶段（或多阶段）聚合，使乳胶粒的内侧与外侧分部富集不同成分，即核-壳型乳胶粒，从而赋予核与壳各不相同的功能，得到不同性能的复合乳液。这样，材料的复合从单纯的机械共混发展到亚微观的有机复合，即从第一代复合材料发展到第二代复合材料，不同于一般的共聚物或共混物，在相同原料组成情况下，乳胶粒的核壳化结构可以显著提高聚合物乳液的耐磨、耐水、耐候、抗污、防腐蚀性能以及抗张强度、抗冲强度和粘结强度，改善其透明性、降低最低成膜温度和改善加工性能。

而本发明优选的纳米级二氧化硅改性的核-壳结构氟碳乳液具有更好的表面与界面效应。纳米二氧化硅胶体为无色液体，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。纳米二氧化硅的光学反射谱具有很好的重复性，在300-800nm之间，样品的光学反射率达到85%，在280-300nm之间，样品的光学反射率为80%，在200-280nm之间，样品的光学反射率仍在70-80%之间，对于波长在800-1300nm的近红外反射率也达到70-80%。将纳米二氧化硅用于涂料树脂中可以提高涂料的耐候性，也解决了纳米材料在涂料中分散不均匀的矛盾。纳米二氧化硅的表面严重配位不足，具有庞大的比表面积，表面欠氧，活性极高，很容易和丙烯酸酯羰基上的氧起键合作用，具有很好的流动性，从而使纳米二氧化硅添加的乳液强度、韧性和延展性均大幅提高。

优选地，本发明所述水性涂料中添加有核壳结构的氟碳乳液的添加量为20～90％，优选12-78%。

优选地，本发明所述水性涂料中钛白粉选自金红石型钛白粉和/或锐钛型钛白粉。钛白粉的白度高，具有较高的着色力和遮盖力，能耐光、热、稀酸和碱，对大气中的氧、硫化氢、氮都很稳定。钛白粉分为金红石型、锐钛型和板钛型，本发明优选金红石型钛白粉和/或锐钛型钛白粉。金红石型钛白粉耐水、不易变黄，不会粉化，但是白度稍差，多用于外墙乳胶漆的首选；而锐钛型钛白粉耐光性差，容易泛黄、粉化，但是白度好，多用于内墙乳胶漆的首选。

优选地，本发明所述水性涂料中所述填料选自云母粉、煅烧高岭土、碳酸钙、硅灰石、重晶石中的一种或至少两种的组合，所述组合例如云母粉/煅烧高岭土、碳酸钙/重晶石、硅灰石/碳酸钙/云母粉等。优选地，所述碳酸钙选自重质碳酸钙和/或轻质碳酸钙。

优选地，本发明所述水性涂料中所述分散剂选自水性卵磷脂、阴离子聚羧酸钠盐、油酸基环氧烷共聚物、聚硅氧烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸胺中的一种或至少两种的组合，所述组合例如水性卵磷脂\聚丙烯酸胺、阴离子聚羧酸钠盐\油酸基环氧烷共聚物、聚硅氧烷\聚丙烯酸钠\聚丙烯酸等。

优选地，本发明所述水性涂料中所述消泡剂选自聚丙烯酸钠、非硅酮有机酯碳氢化合物、非硅酮胺类碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物中的一种或至少两种的组合，所述组合例如聚丙烯酸钠\非硅酮有机酯碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物\非硅酮胺类碳氢化合物、聚丙烯酸钠\含疏水粒子矿物油混合物\非硅酮胺类碳氢化合物等。

优选地，本发明所述水性涂料中所述杀菌防霉剂选自含氮有机杂环化合物、四氯间苯二甲腈、5-氯-2-甲苯-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中一种或至少两种的组合，所述组合例如含氮有机杂环化合物\四氯间苯二甲腈、5-氯-2-甲苯-4-异噻唑啉-3-酮\2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、四氯间苯二甲腈\5-氯-2-甲苯-4-异噻唑啉-3-酮\2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮等。

优选地，本发明所述水性涂料中所述成膜助剂为丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二碳醇酯、DBE-IB、Texanol醇酯中的一种或至少两种的组合，所述组合例如丙二醇\丙二醇甲醚、十二碳醇酯\丙二醇甲醚醋酸酯、Texanol醇酯\DBE-IB\十二碳醇酯等。

优选地，本发明所述水性涂料中所述增稠剂为气相二氧化硅、改性聚丙烯酸钠、疏水聚醚化合物、改性聚丙烯酸胺、乙氧化氨基甲酸酯聚合物、非离子聚氨酯化合物、羟乙基纤维素中的一种或至少两种的组合所述组合例如气相二氧化硅\改性聚丙烯酸钠、疏水聚醚化合物\改性聚丙烯酸胺、乙氧化氨基甲酸酯聚合物\非离子聚氨酯化合物\羟乙基纤维素等。

作为优选技术方案，本发明所述含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：

添加有核壳结构的氟碳乳液 12～78％

钛白粉 8～17％

填料 1～22％

分散剂 0.1～1.4％

消泡剂 0.1～0.3％

润湿剂 0.3～0.5％

杀菌防霉剂 0.1～0.3％

成膜助剂 0.01～13.5％

增稠剂 0.01～1.1％

其余为水。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明使用乳胶粒的添加具有核壳结构的氟碳乳液，核壳化结构可以显著提高聚合物乳液的耐磨、耐水、耐候、抗污、防腐蚀性能以及抗张强度、抗冲强度和粘结强度，改善其透明性、降低最低成膜温度和改善加工性能。

（2）本发明的一个优选方案中，选用纳米二氧化硅改性的核壳结构氟碳乳液使水性涂料乳液的强度、韧性和延展性均大幅提高，使得本发明提供的水性乳液具有广阔的市场前景。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种含氟水性涂料，按质量百分含量包括如下组分：

核-壳结构氟碳乳液 20％

钛白粉 20％

填料 31％

分散剂 1.4％

消泡剂 0.3％

润湿剂 0.5％

杀菌防霉剂 0.3％

成膜助剂 13.5％

增稠剂 1.1％

水 至100%。

实施例2

一种含氟水性涂料，按质量百分含量包括如下组分：

核-壳结构氟碳乳液 90％

钛白粉 5％

填料 1％

分散剂 0.1％

消泡剂 0.1％

润湿剂 0.3％

杀菌防霉剂 0.1％

成膜助剂 0.01％

增稠剂 0.01％

水 至100%；

实施例3

一种含氟水性涂料，按质量百分含量包括如下组分：

核壳结构的氟碳乳液 78％

钛白粉 8％

填料 1％

分散剂 1％

消泡剂 0.2％

润湿剂 0.4％

杀菌防霉剂 0.14％

成膜助剂 11％

增稠剂 0.16％

水 100%。

实施例4

一种含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：

核壳结构的氟碳乳液 12％

钛白粉 17％

填料 20％

分散剂 1.4％

消泡剂 0.3％

润湿剂 0.5％

杀菌防霉剂 0.3％

成膜助剂 12.5％

增稠剂 1.1％

水 100%。

对比例实验

以CN200410053962X公开的含氟水性涂料为对比例，对比例所述的含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：

氟碳乳液 20%

辅助乳液 25%

颜料 20%

填料 16%

水 2.2%

分散剂 1.4%

消泡剂 0.1%

润湿剂 0.3%

杀菌防霉剂 0.1%

成膜助剂 13.5%

增稠剂 1.1%

多功能助 剂0.3%

测定本发明所提供实施例与对比例的VOC、强度和延展性并进行对比，结果如表1所示。

项目	VOC（g/L）	附着强度MPa	延展性
				实施例1	94	102	1.5
实施例2	90	106	1.6
				实施例3	50	99	1.8
实施例4	60	95	1.9
				对比例	120	88	1.2

由对比试验可以看出，本发明所提供的水性涂料在VOC、附着强度和延展性方面与对比例相比，结果更加优异。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种含氟水性涂料，其特征在于，所述含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：

氟碳乳液 20～90％

钛白粉 5～20％

填料 1～31％

分散剂 0.1～1.4％

消泡剂 0.1～0.3％

润湿剂 0.3～0.5％

杀菌防霉剂 0.1～0.3％

成膜助剂 0.01～13.5％

增稠剂 0.01～1.1％

其余为水；

其中，所述氟碳乳液为核-壳结构氟碳乳液。

2.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于：所述核-壳结构氟碳乳液为二氧化硅改性的核-壳结构氟碳乳液，优选纳米级的二氧化硅改性的核-壳结构氟碳乳液。

3.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述钛白粉选自金红石型钛白粉和/或锐钛型钛白粉。

4.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述填料选自云母粉、煅烧高岭土、碳酸钙、硅灰石、重晶石中的一种或至少两种的组合；

所述碳酸钙选自重质碳酸钙和/或轻质碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述分散剂选自水性卵磷脂、阴离子聚羧酸钠盐、油酸基环氧烷共聚物、聚硅氧烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸胺中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述消泡剂选自聚丙烯酸钠、非硅酮有机酯碳氢化合物、非硅酮胺类碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物中的一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述杀菌防霉剂选自含氮有机杂环化合物、四氯间苯二甲腈、5-氯-2-甲苯-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二碳醇酯、DBE-IB、Texanol醇酯中的一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述增稠剂为气相二氧化硅、改性聚丙烯酸钠、疏水聚醚化合物、改性聚丙烯酸胺、乙氧化氨基甲酸酯聚合物、非离子聚氨酯化合物、羟乙基纤维素中的一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求1所述的含氟水性涂料，其特征在于，所述含氟水性涂料按质量百分含量包括如下组分：

核壳结构的氟碳乳液 12～78％

钛白粉 8～17％

填料 1～22％

分散剂 0.1～1.4％

消泡剂 0.1～0.3％

润湿剂 0.3～0.5％

杀菌防霉剂 0.1～0.3％

成膜助剂 0.01～13.5％

增稠剂 0.01～1.1％

其余为水。