CN103555029A

CN103555029A - 一种水性纳米涂料

Info

Publication number: CN103555029A
Application number: CN201310483131.5A
Authority: CN
Inventors: 吴兵
Original assignee: SUZHOU RUIBANG PLASTIC Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI RUIBANG PLASTIC CO., LTD.
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: CN103555029B

Abstract

一种水性纳米涂料，其特征在于，该涂料由A组分和B组分配置而成，其中A组分配方如下：羟基聚丙烯酸酯分散体60~80份、流平润湿剂0.2~0.3、聚丙烯酸12-25份、多异氰酸酯20-30份，B组分多异氰酸酯固化剂6-9份,按上述配方将A组分加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30min，按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米涂料。

Description

一种水性纳米涂料

技术领域

本发明属于涂料与油漆技术领域，具体是一种水性纳米涂料。

背景技术

凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料、水稀释性涂料、水分散性涂料三种，水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物、以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶性环氧树脂及无机高分子水性树脂等；水稀释性涂料是指后乳化乳液成为膜物配制的涂料，是溶剂型树脂溶在有机溶剂中，然后再乳化剂的帮助下靠强烈的机械搅拌使树脂分散在水中形成乳液，称为后乳化乳液，制成的涂料在施工中可用水来稀释；水分散涂料主要是指以合成树脂乳液为成膜物配制的涂料。目前常用的是合成树脂乳液或丙烯酸为基料，并添加各种填料、颜料和助剂等。这种涂料的主要缺点是涂膜弹性容易老化、导致拉伸率下降、不能有效保护墙面粉刷底层的强度，从而产生墙面开裂、脱落，不仅影响建筑物美观，而且墙面开裂，导致墙面漏水。

聚氨酯涂料是目前较常见的一类涂料，它具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐候性好的特点。聚丙烯酸存在耐水性差、耐化学品差的缺陷，目前，将两种结合起来使用的研究还不成熟。聚氨酯涂料具有许多优异的性能，如附着力强，耐磨性好，弹性可调，优良的耐酸性、耐碱性、耐高低温性等，因此在国防、建筑、化工、车辆、木器、飞机等方面得到了广泛的应用。目前，我国聚氨酯涂料年产量接近80 万t，主要为溶剂型纳米涂料。但随着对传统溶剂型涂料挥发性有机化合物（VOC）以及有害空气污染物（HAP）排放的限制，开发高性能水性聚氨酯涂料势在必行。水性聚氨酯涂料以水为主要分散介质，不燃，对环境友好。水性聚氨酯涂料分为单组分和双组分两种。其中单组分水性聚氨酯涂料施工方便，但其涂膜的耐化学介质性能无法与相应的溶剂型涂料媲美。

独特的组分选择以及配比，协同作用使得该产品水性纳米涂料由于涂膜交联密度高，具有优异的物理机械性能和耐化学介质性能，可代替同类型溶剂型产品用作汽车涂料、高级木器涂料、塑料涂料及工业防腐涂料等，满足不同的性能要求。水性纳米涂料由水性羟基组分和多异氰酸酯固化剂组成。水性羟基组分包括水性聚合物多元醇乳液和水性分散体，不仅提供与固化剂交联的活性基团，还必须能乳化和分散固化剂，与固化剂具有较好的相容性。羟基组分的性能影响着固化剂在水相中的分散稳定性、成膜过程中的扩散与交联以及涂膜的最终性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性纳米涂料。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种水性纳米涂料，其特征在于，该涂料由A组分和B组分配置而成，其中A组分配方如下：

羟基聚丙烯酸酯分散体60~80份

流平润湿剂 0.2~0.3

聚丙烯酸12-25份

多异氰酸酯20-30份

交联剂30-40份

填料10-15份

N，N- 二甲基乙醇胺1-2份

助溶剂0.2-0.5份

防冻剂1-2份

润湿剂0.2-0.5份

消泡剂0.2-0.5份

增稠剂0.1-0.3份

润湿剂0.1-0.3份

防腐剂1-2份

pH值调节剂

纳米阻燃复合物 25-30份;

所述的纳米阻燃复合剂的制备方法为：

（1）将硅羟基磷灰石、红磷、凹凸棒、水滑石、蒙脱土、钛白粉、方解石、高岭土按照25-35：15-20：10-15 ：10-15：8-10：8-10：7-8：5-7的质量份数配比混合，加入到200份二甲亚砜(DMSO)和50份甲醇的混合溶液中，于65℃搅拌60小时，过滤，并用60℃温度的热乙醇洗3次除去过量的二甲亚砜(DMSO)，放入真空干燥箱，在60℃温度干燥24小时，研磨过筛，得一次改性阻燃复合物；

（2）、将1份一次改性阻燃复合物、10份醋酸钾和25份蒸馏水混合，于温度50℃搅拌10小时以上，于温度30℃，先在超声电功率350W条件下分散2.5小时，然后再在超声电功率250W条件下分散3小时。过滤，并用蒸馏水洗3次，80℃真空干燥24小时，研磨过筛，得二次改性阻燃复合物；

（3）、将上述1份二次改性阻燃复合物在600W功率超声波分散40min，用恒温加热装置加热到90℃，并用机械搅拌器搅拌(1200r/min)60分钟；得纳米阻燃复合物；

去离子水30-40份；B组分多异氰酸酯固化剂6-9份, 按上述配方将A组分加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30 min，按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米涂料。

所述钛白粉采用金红石型钛白粉。

所述防冻剂采用丙二醇。

所述增稠剂采用疏水基团改性的乙氧基聚氨酯水溶性增稠剂，所述消泡剂采用矿物油类消泡剂；所述润湿剂采用非离子表面活性剂；所述防腐剂采用异噻唑啉酮类防腐剂；所述pH值调节剂采用有机胺类pH值调节剂。

所述的交联剂为二乙烯基苯，所述的填料为钛白粉。

一种水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：

第一步: 按上述配方将羟基聚丙烯酸酯分散体加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30 min；

第二步:溶解：将第一步称取的其它原料一起放入反应容器中，加热至50～60℃时充分搅拌均匀，搅拌时间为45～60分钟，得到混合乳液；按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米清漆。

第三步：过滤：将第三步所得混合乳液通过80～100目筛自过滤即得到涂料。

本发明的有益效果：独特的组分选择以及配比，协同作用使得该产品本发明的水性纳米涂料结合了聚氨酯涂料和聚丙烯涂料的优点，具有耐磨、耐腐蚀和光亮、耐水性和力学性能好的特性。另外，聚氨酯的涂膜可以做成高硬度的涂膜，也可以制成柔韧性好的弹性涂膜，大大加强了聚氨酯涂料的应用范围。本发明制备的阻燃剂不含卤素、有机物，无毒环保，应用前景广阔；本发明进行二次改性，这样的好处是：增加反应活性点，提高改性效果；改性的同时又能蒸除体系中的水分，干燥与改性同时进行，提高了工作效率；纳米级硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等自身微孔中存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多重阻燃的功效；强大吸附性能可以有效改善几种阻燃剂的协同作用，阻止被阻燃物质温度升高，提高了阻燃效率；硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等资源丰富，大大降低了阻燃剂的工业成本，也为凹凸棒土的开发应用提供了一条新途径；本发明采用溶液法超声波分散及机械高速搅拌器搅拌，使得阻燃剂各自组分在溶液中达到了纳米级分散，有效避免了对复合材料的自然氧化，相互协同增效，从而使复合材料具有更好的力学性能。复合材料的氧指数为41。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种水性纳米涂料，其特征在于，该涂料由A组分和B组分配置而成，其中A组分配方如下：

羟基聚丙烯酸酯分散体60份

流平润湿剂 0.2份

聚丙烯酸12份

多异氰酸酯20份

交联剂30份

填料10份

N，N- 二甲基乙醇胺1份

助溶剂0.2份

防冻剂1份

润湿剂0.2份

消泡剂0.2份

增稠剂0.1份

润湿剂0.1份

防腐剂1份

pH值调节剂

纳米阻燃复合物 25 份;

所述的纳米阻燃复合剂的制备方法为：

去离子水30份；B组分多异氰酸酯固化剂6份, 按上述配方将A组分加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30 min，按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米涂料。

所述钛白粉采用金红石型钛白粉。

所述防冻剂采用丙二醇。

所述的交联剂为二乙烯基苯，所述的填料为钛白粉。

实施例2

羟基聚丙烯酸酯分散体80份

流平润湿剂0.3份

聚丙烯酸25份

多异氰酸酯30份

交联剂40份

填料15份

N，N- 二甲基乙醇胺2份

助溶剂0.5份

防冻剂2份

润湿剂0.5份

消泡剂0.5份

增稠剂0.3份

润湿剂0.3份

防腐剂2份

pH值调节剂

纳米阻燃复合物 30份;

所述的纳米阻燃复合剂的制备方法为：

去离子水40份；B组分多异氰酸酯固化剂9份, 按上述配方将A组分加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30 min，按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米涂料。

所述钛白粉采用金红石型钛白粉。

所述防冻剂采用丙二醇。

所述的交联剂为二乙烯基苯，所述的填料为钛白粉。

性能测试

（1）分散体相对分子质量及其分布：采用凝胶渗透色谱仪（Waters 公司GPC，1515 泵配2414 示差折光检测器）进行测定，分离柱型号为StyragelHT2+Styragel HT3+Styragel HT4，柱温为36℃，流动相为四氢呋喃，标准物为聚苯乙烯。

（2）分散体粒径及粒径分布：采用Malvern 公司的Mastersizer 2000 激光粒度分析仪进行测定。

（3）涂膜性能：按照GB/T 1727—1992《涂膜一般制备法》制备涂膜，并按相应国标检测涂膜的各项性能，结果如表所示。

本发明制备的阻燃剂不含卤素、有机物，无毒环保，应用前景广阔；本发明进行二次改性，这样的好处是：增加反应活性点，提高改性效果；改性的同时又能蒸除体系中的水分，干燥与改性同时进行，提高了工作效率；纳米级硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等自身微孔中存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多重阻燃的功效；强大吸附性能可以有效改善几种阻燃剂的协同作用，阻止被阻燃物质温度升高，提高了阻燃效率；硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等资源丰富，大大降低了阻燃剂的工业成本，也为凹凸棒土的开发应用提供了一条新途径；本发明采用溶液法超声波分散及机械高速搅拌器搅拌，使得阻燃剂各自组分在溶液中达到了纳米级分散，有效避免了对复合材料的自然氧化，相互协同增效，从而使复合材料具有更好的力学性能。复合材料的氧指数为41。

本发明的涂料在施工时，要求建筑墙面要预先用水泥腻子批平，干燥，涂刷封底涂料1-2道，干燥。然后，施工本发明涂料，方法可以为喷涂、抛涂、弹涂，厚度为2-3毫米左右为宜，然后立刻用压花辊进行辊压，形成均匀的花纹；完全干燥后可以涂刷有色面漆或透明面漆。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水性纳米涂料，其特征在于，该涂料由A组分和B组分配置而成，其中A组分配方如下：

羟基聚丙烯酸酯分散体60~80份

流平润湿剂 0.2~0.3

聚丙烯酸12-25份

多异氰酸酯20-30份

交联剂30-40份

填料10-15份

N，N- 二甲基乙醇胺1-2份

助溶剂0.2-0.5份

防冻剂1-2份

润湿剂0.2-0.5份

消泡剂0.2-0.5份

增稠剂0.1-0.3份

润湿剂0.1-0.3份

防腐剂1-2份

pH值调节剂

去离子水30-40份

纳米阻燃复合物 25-30份;

所述的纳米阻燃复合剂的制备方法为：

（2）、将1份一次改性阻燃复合物、10份醋酸钾和25份蒸馏水混合，于温度50℃搅拌10小时以上，于温度30℃，先在超声电功率350W条件下分散2.5小时，然后再在超声电功率250W条件下分散3小时，过滤，并用蒸馏水洗3次，80℃真空干燥24小时，研磨过筛，得二次改性阻燃复合物；

B组分多异氰酸酯固化剂6-9份, 按上述配方将A组分加入容器中，在中速搅拌下依次加入去离子水、流平润湿剂、助溶剂、消泡剂、增稠剂，高速分散20~30 min，按照一定的比例加入水分散性多异氰酸酯固化剂，充分搅拌后，制得水性纳米涂料。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述填料为钛白粉，采用金红石型钛白粉。

3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述防冻剂采用丙二醇。

4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述增稠剂采用疏水基团改性的乙氧基聚氨酯水溶性增稠剂，所述消泡剂采用矿物油类消泡剂或EFKA-2722和EFKA-3239；所述润湿剂采用非离子表面活性剂；所述防腐剂采用异噻唑啉酮类防腐剂；或10,10’—氧代双吩恶砒，所述pH值调节剂采用有机胺类pH值调节剂。

5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述的交联剂为二乙烯基苯。

6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯弹性涂料，其使用方法为涂刷，其中涂膜厚度0.28mm 为最佳涂膜厚度。