CN102702978A - 一种吸水性涂料、制备方法及涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸水性涂料、制备方法及涂布方法。所述涂料包括以下组分：聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂；金属烤漆黏附剂；氯化钠和/或氯化钾晶体颗粒；工业大麻秆芯粉。所述涂料制备方法首先按配比称取各种原料，制备吸水性树脂，然后将其他原料搅拌均匀，过滤，包装。使用时将吸水性涂料涂布于制品即可。本发明涂料表面抗冲击能力增强，抗冲击强度达到68kg·cm/cm²以上，同时抑霜效果也得到了明显的改善，尤其体现在高湿度、低壁温的情况下。例如当环境湿度大于55％，冷面温度低于-10℃以下时，本发明涂料能延迟霜晶的出现在5h以上，高湿度、低壁温的环境条件下抑霜效果相当明显。

Description

一种吸水性涂料、制备方法及涂布方法

技术领域

本发明属于吸水性涂料技术领域，具体涉及一种吸水性强的涂料，以及该涂料的制备方法，涂布制品的方法，本发明可适用于任何需要耐水、抑霜、防结露的制品表面。

背景技术

在室外使用的制品的表面暴露在外，湿气入侵所导致的制品恶化是人们熟知的一个问题。这种恶化包括水与在这些制品中所用增强纤维的表面之间的反应而导致的氧化恶化，以及水引起的腐蚀。在海洋环境中，关于水浸的问题还涉及到环境的盐度。在这种水性环境中存在的盐加速了氧化分解。在无盐环境中，例如在具有高大气湿度的环境中，需要耐水涂料来保护结构和设备表面，以避免湿气引起的分解。

受上述恶化影响的制品包括具有暴露于高湿气和湿度环境的表面的制品，例如光纤或通迅电缆。通迅电缆通常在长期埋在地下或浸泡在水中的环境中使用。因此保护其不被水所损坏对这些电缆的结构整体性以及它们所要执行的功能的成功性来说是关健的。通迅电缆可以包括含有用作加强或增强元件的玻璃棒的芯。该棒有助于电缆的刚性。当水渗透与电缆的芯元件接触时，会引起电缆深层结构的腐独或化学恶化。

CN 1377387A公开了一种涂布有耐水涂料的制品，该涂料吸收水以提供耐水效果，并在涂料干燥时解吸水，以及一种给用这种涂料制备的制品提供耐水性和耐侵蚀性的方法。该涂料是通过在制品的表面上涂布包括超吸收水溶聚合物前体、任选的粘度调节剂以及任选的润滑剂的水溶液的组合物并固化以形成包括该超吸收聚合物而形成的。

结霜是自然界中普遍存在的一种自然现象，当某表面温度低于空气中水蒸气的露点温度时，结霜现象就有可能发生。这一现象的存在给实际的生产生活带来很多的不便，并且融霜的过程还会耗费大量的能量，因此探索各种抑霜方法非常必要。其中改变换热器表面的性状涂以亲水性涂料就是其中一种有效的抑霜方法。

CN 1916094A涉及一种强吸水性抑霜涂料，属于制冷节能的技术领域。其成分包含聚丙烯酸系列的吸水树脂，以丙烯酸树脂、氨基醉酸树脂或聚氨酯二者中的任一种为主配的金属烤漆，氯化钠或氯化钾晶体颗粒以及20-40质量份的溶剂。

现有的有抑霜效果的涂料，大多存在涂层过厚，影响换热器表面空气流通，阻力损失大，在环境湿度较高的情况下抑霜效果并不明显，涂层表面比较柔软，抗冲击能力差。另外因此现有涂料成膜的厚度、表面硬度、高湿度条件下的抑霜效果等方面还有待改善。

发明内容

本发明的目的在于针对目前涂料所存在的问题，提供了一种成膜更薄，抗压抗冲击能力更强，在高湿度的情况下抑霜效果更加明显的吸水性涂料、制备方法以及涂布方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种吸水性涂料，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂8~32；金属烤漆黏附剂12~40；氯化钠和/或氯化钾晶体颗粒20~53；工业大麻秆芯粉15~45。本发明所述聚丙烯酸吸水树脂可通过一般工艺方法得到。

所述聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂的重量份数可选择8.05~31，10~27，13.5~25，16~22，18等。

所述金属烤漆黏附剂的重量份数可选择12.3~39，16~32，21~28，25等。金属烤漆黏附剂可使涂层的厚度变薄，并且金属烤漆和金属表面结合的牢固性强。

所述氯化钠或氯化钾晶体颗粒的重量份数可选择20.5~52，26~48，31~42，35~40，38等。氯化钠或氯化钾晶体颗粒能够更有效地，降低水的冰点。以前使用的丙三醇降低冰点的能效低，要达到相同的冰点值所需的配比量大，成本增加。另外丙三醇在常温下处于液体状态，并不能完全溶于烤漆中，添加于涂料中会降低烤漆与金属表面的结合强度，导致以往的涂层表面较柔软，抗冲击能力差

所述工业大麻秆芯粉的重量份数可选择16~44，20~40，22~34，26~30，29等。

本发明所述聚丙烯酸吸水树脂、聚酰胺树脂、氯化钠或氯化钾颗粒的粒径在0.025mm以下，例如0.008~0.023mm，0.011~0.02mm，0.013~0.018mm，0.015mm等，优选0.012~0.02mm，进一步优选0.015mm。选择较小的粒径有利于涂料的成膜更薄。

本发明所述聚酰胺树脂选自聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-610或聚酰胺-612中的一种或至少两种的混合物，例如聚酰胺-66，聚酰胺-6/聚酰胺-66，聚酰胺-66/聚酰胺-610/聚酰胺-612，进一步优选聚酰胺-66和/或聚酰胺-612。聚酰胺树脂可通过市售得到。

进一步地，所述的金属烤漆黏附剂选自丙烯酸树脂、氨基醇酸树脂或聚氨酯中的一种或至少两种的混合物，例如丙烯酸树脂，氨基醇酸树脂/聚氨酯，丙烯酸树脂/氨基醇酸树脂/聚氨酯，进一步优选丙烯酸树脂和/或氨基醇酸树脂。

工业大麻是一种草本植物，种植广泛，产量大，但由于目前主要研究和应用的是大麻的韧皮部分，势必造成了占整个大麻作物的70~80%大麻秆芯部分的浪费。然而，大麻秆芯作为一种天然有机短纤维，有很多优异的性能，例如，1、其化学结构上含有大量的羟基，能够吸收空气中的水分；2、作为一种极性物质，与极性溶剂和极性高分子之间有较好的相容性；3、微观结构含有大量孔洞，可以透气导热和吸附有害气体。4、具有生物可降解性，是一种绿色填料；5、大麻纤维还具有杭霉抑菌、防紫外线等功效。若将这种天然绿色植物纤维应用到涂料中去，可以制备各种绿色环保型涂料，目前还未见大麻秆芯粉应用到涂料中的研究或报道。本发明所述工业大麻秆芯粉为工业大麻作物的秆芯通过粉碎得到的颗粒度在10~500目的粉末，例如12~400目，20~300目，48~160目等，进一步优选30~200目，最优选80目。

本发明所述涂料的溶剂选自环己酮、汽油、丙二醇丁醚、乙酸丁酯或丁酮中的一种或至少两种的混合物，例如丙二醇丁醚，环己酮/汽油/乙酸丁酯，丙二醇丁醚/乙酸丁酯/丁酮等均可用于本发明。

本发明所述涂料还包括粘度调节剂，优选包括5~18重量份的粘度调节剂，例如可选择6~17，10~15，13等，最优选包括8重量份的粘度调节剂。本发明可以通过加入粘度调节剂来增强。例如在涂料组合物被涂布在棒或包括玻璃、破、聚合物或其混合物的电缆时，所包括的增粘剂给该配方赋予了优异的铺展性。当被涂布的制品是能够采用浸涂或喷涂作为涂布方法的更柔软的产品时，涂料配方的粘度可以被降低以采用这些或类似的方法进行涂布。

本发明所述涂料还包括其他常用助剂；所述助剂为分散剂、消泡剂、成膜剂、增塑剂、缓凝剂、固化剂、膨胀抑制剂、增白剂、防腐剂或颜料中的一种或或至少两种的混合物。

进一步地，所述分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

作为优选技术方案，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂15~23；金属烤漆黏附剂20~30；氯化钠或氯化钾晶体颗粒24~40；工业大麻秆芯粉22~32。

作为最优选的技术方案，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂20；金属烤漆黏附剂28；氯化钠或氯化钾晶体颗粒30；工业大麻秆芯粉26。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述涂料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

一种上述涂料的制备方法，包括以下步骤：l）按预定配比称取各种原料；2）制作聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂备用；3）在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入金属烤漆黏附剂、粘度调节剂、氯化钠或氯化钾晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

一种使用上述涂料涂布制品的方法，包括以下步骤：a)制备吸水性涂料组合物；b）在制品的表面涂布该吸水性涂料组合物以形成液体涂料层；c)干燥并固化该液体涂料以在制品的表面上形成吸水耐侵蚀涂层。

利用本发明制备涂层时，可采用常规的涂覆方法，例如喷涂、刷涂、流动涂覆等。涂料喷涂于金属表面之后采用自然干燥的方式，于通风处晾干24小时以上。不能采用一般金属烤漆的高温烘烤方法，否则吸水树脂将变性。

本发明使用的“制品”一词特别是指包括具有需要耐水涂料以保护其下的结构避免因暴露于湿气而导致恶化的表面的任何产品或材料。这种制品包括模制制品（包括纤维增强复合制品、层压制品、片以及该领域公知的增强纤维材料）和采用一起或分散在任何类型的基质中的一种或多种这些纤维材料制成的产品，该词也包括采用增强纤维产品制成的制品，例如结构材料或设备中的制品。

本发明涂料中的吸水性树脂的分子中含有极性集团，并具有一定的交联度，是一种三维空间网络结构，这种特殊的化学结构和网状结构，使其具有能大量吸收水分的功能。而涂料中添加的氯化钠或氯化钾颗粒具有非常有效的降低水的冰点的作用，所以被吸水树脂吸收到涂料内部的水分在其作用下可以长时间保持不被冻结的状态，通常的霜晶都是在被冻结的水珠上才能形成，因而抑制了初始霜晶的出现，起到了抑霜的作用。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明使用了金属烤漆和氯化钠或氯化钾之后的涂料，表面抗冲击能力增强，抗冲击强度达到68kg·cm/cm²以上，同时抑霜效果也得到了明显的改善，尤其体现在高湿度、低壁温的情况下。例如当环境湿度大于55％，冷面温度低于-10℃以下时，本发明涂料能延迟霜晶的出现在5h以上，高湿度、低壁温的环境条件下抑霜效果相当明显。

另外，工业大麻秆芯粉适用广，可以应用到各种水性或油性涂料中，填充量大，提供了充分利用天然资源的机会。大麻秆芯粉作为一种有机的短纤维，对涂料有良好的增强效果。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1聚丙烯酸吸水树脂的制作

在带有回流冷凝器、滴液漏斗氮气导管的反应器中加入水及氢氧化钾和氢氧化钠，在通入氮气的条件下加入丙烯酸和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，边搅拌边加入甲基丙烯酸羟丙酯，保持温度在40℃。加入丙烯酰胺，分4次加入过硫酸铵引发剂和亚硫酸氢钠。加热至60℃下静置6小时进行聚合反应。聚合反应后的混合物由白色混浊凝胶状变成透明的凝胶，冷却真空脱水后再真空干燥，产物经研磨得到粒径在0.025mm以下的聚丙烯酸吸水树脂。

实施例2吸水性涂料的制备

首先按以下重量份数准备原料：聚丙烯酸吸水树脂8；丙烯酸树脂20；氯化钠晶体颗粒20；工业大麻秆芯粉22；粘度调节剂5；在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入丙烯酸树脂、粘度调节剂、氯化钠晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

所述助剂如下：分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

本实施例的溶剂为丙二醇丁醚。

实施例3吸水性涂料的制备

首先按以下重量份数准备原料：聚丙烯酸吸水树脂和聚酰胺-6632；聚氨酯12；氯化钠、氯化钾晶体颗粒24；工业大麻秆芯粉15；粘度调节剂18；在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂和聚酰胺-66，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入丙烯酸树脂、粘度调节剂、氯化钠、氯化钾晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

所述助剂如下：分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

本实施例的溶剂为环己酮。

实施例4吸水性涂料的制备

首先按以下重量份数准备原料：聚丙烯酸吸水树脂15；氨基醇酸树脂40；氯化钾晶体颗粒53；工业大麻秆芯粉45；粘度调节剂13；在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入氨基醇酸树脂、粘度调节剂、氯化钠晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

所述助剂如下：分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

本实施例的溶剂为丁酮。

实施例5吸水性涂料的制备

首先按以下重量份数准备原料：聚丙烯酸吸水树脂、聚酰胺-66和聚酰胺-61223；氨基醇酸树脂30；氯化钾晶体颗粒40；工业大麻秆芯粉32；粘度调节剂10；在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂、聚酰胺-66和聚酰胺-612，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入氨基醇酸树脂、粘度调节剂、氯化钠晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

所述助剂如下：分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

本实施例的溶剂为丁酮/乙酸丁酯。

实施例6吸水性涂料的制备

首先按以下重量份数准备原料：聚丙烯酸吸水树脂和聚酰胺-61220；氨基醇酸树脂28；氯化钾晶体颗粒30；工业大麻秆芯粉26；粘度调节剂8；在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂、聚酰胺-66和聚酰胺-612，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入氨基醇酸树脂、粘度调节剂、氯化钠晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

所述助剂如下：分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

本实施例的溶剂为丁酮/乙酸丁酯。

实施例2-6均可通过以下方法进行涂布：

a)制备吸水性涂料组合物；b）在制品的表面涂布该吸水性涂料组合物以形成液体涂料层；c)干燥并固化该液体涂料以在制品的表面上形成吸水耐侵蚀涂层。

申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某组分的具体含量点值，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的数值范围，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些数值范围。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的制备及涂布步骤，但本发明并不局限于上述制备及涂布步骤，即不意味着本发明必须依赖上述制备及涂布步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用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。

对比实施例：

将CN 1916094A中公开的方案作为本发明的对比实施例：

称量粒径在0.025mm以下的吸水树脂5克，氨基醇酸烤漆15克，粒径在0.025mm以下的5克氯化钠，环乙酮10克，助剂二乙烯三胺7.5克混合后，充分搅拌，用喷枪将混合液喷涂到厚度为6mm的紫铜板左侧表面上，测量涂层厚度为0.06mm，于通风处晾干约24小时后即可以使用。

将实施例2-6和对比实施例中制得的涂料涂布于紫铜板后进行效果测试如下：

测试条件：环境温度19.8℃，环境湿度56％；

测试设备：冷却装置采用半导体温差电制冷器制冷，涂有防霜涂料的紫铜板与半导体冷台采用公知的手段紧密结合，采用铜-康铜热电偶接HP数据采集仪测量紫铜表面的温度，利用显微镜、摄像镜头、CCD、图象采集卡、计算机、显微测量软件组成的显微系统进行霜厚测量。

测试结果如下表所示：

由上表可以看出，本发明吸水性涂料的抑霜效果很好，在实验250min以后才出现表面结霜现象，而对比例在180min时即出现结霜；实验6h后，对比例的霜厚已达3mm以上，表面上3mm的霜厚会增大表面热阻，降低表面的传热效率，阻碍空气的流动，增加能耗。而本发明产品在实验6h后霜厚最大为1.6mm，表面热阻不会随着霜层的生长而增大，减少了系统能量的损耗。

经更多测试表明，涂有本发明涂料的表面在环境湿度50~75%，冷面温度-20～-15℃的情况下均可以保证5h不结霜，而涂有对比例中涂料的表面在这样的条件下，6h霜厚就已达3mm以上，本发明的抑霜效果相当明显。

Claims (10)

1.一种吸水性涂料，其特征在于，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂8~32；金属烤漆黏附剂12~40；氯化钠和/或氯化钾晶体颗粒20~53；工业大麻秆芯粉15~45。

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述聚丙烯酸吸水树脂、聚酰胺树脂、氯化钠或氯化钾颗粒的粒径在0.025mm以下，优选0.012~0.02mm，进一步优选0.015mm。

3.根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于，所述聚酰胺树脂选自聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-610或聚酰胺-612中的一种或至少两种的混合物，进一步优选聚酰胺-66和/或聚酰胺-612。

优选地，所述的金属烤漆黏附剂选自丙烯酸树脂、氨基醇酸树脂或聚氨酯中的一种或至少两种的混合物，进一步优选丙烯酸树脂和/或氨基醇酸树脂。

4.根据权利要求1-3之一所述的涂料，其特征在于，所述工业大麻秆芯粉为工业大麻作物的秆芯通过粉碎得到的颗粒度在10~500目的粉末，进一步优选30~200目，最优选80目。

5.根据权利要求1-4之一所述的涂料，其特征在于，所述涂料的溶剂选自环己酮、汽油、丙二醇丁醚、乙酸丁酯或丁酮中的一种或至少两种的混合物。

6.根据权利要求1-5之一所述的涂料，其特征在于，所述涂料还包括粘度调节剂，优选包括5~18重量份的粘度调节剂，最优选包括8重量份的粘度调节剂。

7.根据权利要求1-6之一所述的涂料，其特征在于，所述涂料还包括其他常用助剂；所述助剂为分散剂、消泡剂、成膜剂、增塑剂、缓凝剂、固化剂、膨胀抑制剂、增白剂、防腐剂或颜料中的一种或或至少两种的混合物；

优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯，所述增塑 剂为苯二甲酸二丁酯，所述缓凝剂为柠檬酸，所述膨胀抑制剂为明矾。

8.根据权利要求1-5之一所述的涂料，其特征在于，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂15~23；金属烤漆黏附剂20~30；氯化钠或氯化钾晶体颗粒24~40；工业大麻秆芯粉22~32；

或，所述涂料按重量份数包括以下组分：

聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂20；金属烤漆黏附剂28；氯化钠或氯化钾晶体颗粒30；工业大麻秆芯粉26。

9.一种根据权利要求1-8之一所述涂料的制备方法，包括以下步骤：l）按预定配比称取各种原料；2）制作聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂备用；3）在分散机中加入常规量的助剂后，搅拌均匀；再加入聚丙烯酸吸水树脂和/或聚酰胺树脂，搅拌均匀；再加入工业大麻秆芯粉，搅拌均匀；然后加入金属烤漆黏附剂、粘度调节剂、氯化钠或氯化钾晶体颗粒，搅拌均匀，用40-100目筛网过滤，包装。

10.一种使用如权利要求1-6之一所述涂料涂布制品的方法，包括以下步骤：a)制备吸水性涂料组合物；b）在制品的表面涂布该吸水性涂料组合物以形成液体涂料层；c)干燥并固化该液体涂料以在制品的表面上形成吸水耐侵蚀涂层。