CN104087092A

CN104087092A - 一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法

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Publication number: CN104087092A
Application number: CN201410240368.5A
Authority: CN
Inventors: 尹雨晨; 刘剑锋; 郭家胜; 雷辉; 曾一兵; 卢鹉; 李颖; 罗正平
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN104087092B

Abstract

本发明涉及一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法，该方法包括：(1)将15-30份去离子水、0.1-0.8份中和剂、0.2-2份增稠剂、0.5-3份润湿分散剂、0.1-1份表面活性剂、0.1-2份消泡剂、0.1-0.5份抗菌剂和1-10份颜料配制成颜料浆，并以2000-3000r/min搅拌20-30min至分散均匀；(2)将30-50份水性羟基树脂、25-50份导电填料、0.1-1份消泡剂和0.2-1.5份流变改性剂加入颜料浆搅拌均匀；(3)将漆浆进行高速分散20-40min，分散速度为1500-2500r/min；(4)漆浆中加入10-20质量份的脂肪族异氰酸酯或脂环族异氰酸酯；(5)进行多次喷涂，每次喷涂的厚度为10-25μm，控制涂层总厚度为80-150μm；该方法提高了产品的环保性能，制得的涂层具有高红外发射率和低太阳吸收比，并且具有优异的防静电、耐盐雾、耐湿热和耐老化性能。

Description

一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性低太阳吸收比防静电涂料的制备方法及由该涂料形成的低太阳吸收比防静电涂层，属于功能涂层技术领域。

背景技术

随着科技进步和经济发展，人们的环保意识日趋增强，环保法规日益完善，节资节能，保护环境，已成为全球涂料界面临的主要问题，欧美发达国家相继制定了一些环保法规来限制涂料中挥发性有机化合物(VOC)的排放，如欧盟Directive.99/13/CE法规、美国CAAA(空气洁净法修正案，1990)，我国也出台了一系列法规来限制涂料中有害物质的排放。与传统溶剂型涂料相比，水性涂料以水为分散介质，具有VOC(挥发性有机化合物)含量低、价格低廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点，因此，开发更为环保的水性涂料在世界范围内受到重视。

目前，水性涂料已占世界涂料总量的30％以上，在很多领域中，水性涂料的功能性已经能够接近甚至超过传统溶剂型涂料。防静电涂料是近年来随着涂料工业的高速发展而出现的一种功能涂料，这类涂料多采用碳黑、石墨、铜粉、镍粉作为填料，导电性良好，但颜色单一，只能制备深色涂料，不适合应用于有低太阳吸收比要求的热控场合。因此，迫切需求开发一种兼具防静电性能和低太阳吸收比的水性防静电涂料，不仅可以使涂层有效的消除静电引发的火灾、爆炸隐患，同时还能够通过涂层自身较低的太阳吸收比或较高的红外发射率，减少热量吸入和向外辐射内部能量，从而达到降温效果。

我国在低太阳吸收比防静电涂层领域的研究主要集中在溶剂型产品，目前已经应用于航天器的多为有机硅类抗静电热控涂层，但是该类产品VOC含量高，对人体及环境有较大危害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法，该方法制备得到的水性防静电涂层可替代溶剂型涂层，提高了产品的环保性能，同时克服传统防静电涂料热控性能差的问题，所制得的涂层具有高红外发射率和低太阳吸收比，并且具有优异的防静电、耐盐雾、耐湿热和耐老化性能。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法，包括以下步骤：

(1)、将去离子水、中和剂、增稠剂、润湿分散剂、表面活性剂、消泡剂、抗菌剂和颜料加入到容器中，配制成颜料浆，并以2000-3000r/min高速搅拌20-30min至分散均匀，以质量份数计各组份配比如下：

去离子水15-30份中和剂0.1-0.8份增稠剂0.2-2份

润湿分散剂0.5-3份表面活性剂0.1-1份消泡剂0.1-2份

抗菌剂0.1-0.5份颜料1-10份；

(2)、将水性羟基树脂、导电填料、消泡剂和流变改性剂加入步骤(1)得到的颜料浆中并搅拌均匀，以质量份数计各组份配比如下：

水性羟基树脂30-50份导电填料25-50份消泡剂0.1-1份

流变改性剂0.2-1.5份；

(3)、将步骤(2)中配制的漆浆进行高速分散20-40min，分散速度为1500-2500r/min；

(4)、将步骤(3)中分散均匀的漆浆中加入10-20质量份的脂肪族异氰酸酯或脂环族异氰酸酯，搅拌均匀，得到涂料备用；

(5)、采用步骤(4)得到的涂料对被喷涂物表面进行喷涂，采用空气喷涂的方式进行多次喷涂，待每一次喷涂的漆膜表干时，再进行下一次喷涂，每次喷涂的厚度为10-25μm，控制涂层总厚度为80-150μm。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(1)加入的颜料为白色颜料，白色颜料采用钛白粉，粒径为0.1-10μm；上述钛白粉优选金红石型钛白粉。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(2)加入的水性羟基树脂包括阴离子型丙烯酸酯分散体或羟基丙烯酸酯分散体中的一种或两种的组合。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(2)加入的导电填料为浅色氧化物导电填料，选自导电钛白粉、导电云母粉、导电氧化锌或导电钛酸钾中的一种或组合，导电填料的形态为球状、片状或针状；粒径尺寸为0.1-15μm；上述导电填料优选粒径0.1-10μm、粉体电阻<100Ω·cm的导电氧化锌或导电钛酸钾中的一种或组合。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(4)加入的脂肪族异氰酸酯为六亚甲基异氰酸酯缩二脲或六亚甲基异氰酸酯三聚体；所述脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(3)中的分散方式采用剪切乳化分散。

在上述水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法中，步骤(5)中对被喷涂物表面进行喷涂之前，对被喷涂表面进行打磨或吹沙处理，以增加表面粗糙度，增强涂层的附着力。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明针对现有溶剂型涂料环保性能差的缺陷，设计一种新型的水性防静电涂料，采用水性羟基树脂组分作为成膜物质，含有异氰酸根的组分作为交联固化剂，所形成的涂层不仅具有良好的柔韧性和机械性能，优异的耐化学品性和抗老化性能，而且具有低的VOC排放，环保性能优异；

(2)、本发明采用浅色氧化物导电填料，具有颜色浅，粉体电阻低的特点，同时选用白色颜料(优选粒径在0.1-10μm的钛白粉)，具有遮盖力强，在水中分散性好等特点，并且可以改善涂层的外观，提高涂层的耐候性，二者协同作用，形成的涂层太阳吸收比低、防静电性能优异；

(3)、本发明对采用的树脂体系、填料、溶剂和助剂的组分和配比进行了优选和优化设计，得到了性能优异的水性低太阳吸收比防静电涂料，同时对制备工艺进行了优化设计，在水性涂料的配制中，高速分散将填料和助剂在去离子水中分散均匀，分散均匀的导电填料可以使颗粒之间产生更多的接触，增强导电性，并且增加助剂在填料表面的吸附，使助剂充分发挥效果；

(4)、本发明制备方法工艺简单、易于实现，具有较强的实用性，制备的水性低太阳吸收比防静电涂料，环境防护性能优异，满足了航天器和地面设备的防静电及热控需求，对我国水性功能涂料的发展具有重要意义。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将去离子水、中和剂、增稠剂、润湿分散剂、表面活性剂、消泡剂、抗菌剂和颜料加入到调漆罐中，配制成颜料浆，并以2000-3000r/min高速搅拌20-30min至分散均匀，以质量份数计各组份配比如下：

去离子水15-30份中和剂0.1-0.8份增稠剂0.2-2份

润湿分散剂0.5-3份表面活性剂0.1-1份消泡剂0.1-2份

抗菌剂0.1-0.5份颜料1-10份；

其中加入的颜料为白色颜料，本发明优选粒径在0.1-10μm的钛白粉，具有遮盖力强，在水中分散性好等特点，并且可以改善涂层的外观，提高涂层的耐候性。钛白粉优选金红石型钛白粉。

步骤(2)、将水性羟基树脂、导电填料、消泡剂和流变改性剂加入步骤(1)得到的颜料浆中并搅拌均匀，以质量份数计各组份配比如下：

水性羟基树脂30-50份导电填料25-50份消泡剂0.1-1份

流变改性剂0.2-1.5份；

其中加入的水性羟基树脂包括阴离子型丙烯酸酯分散体或羟基丙烯酸酯分散体中的一种或两种的组合。

加入的导电填料为浅色氧化物导电填料，可以选自导电钛白粉、导电云母粉、导电氧化锌或导电钛酸钾中的一种或几种的组合，导电颗粒的形态可以为球状、片状或针状，粒径尺寸优选0.1-15μm。本发明优选粒径0.1-10μm，粉体电阻<100Ω·cm的导电钛酸钾和导电氧化锌作为填料，导电钛酸钾和导电氧化锌颜色浅，粉体电阻低，形成的涂层太阳吸收比低、防静电性能优异。

步骤(3)、将步骤(2)中配制的漆浆缓慢倒入搅拌罐，高速分散20-40min，分散速度为1500-2500r/min；分散方式宜采用剪切乳化分散，不宜采用研磨分散，以免破坏导电填料结构。

步骤(4)、将步骤(3)中分散均匀的漆浆倒入广口瓶，加入10-20质量份的脂肪族异氰酸酯或脂环族异氰酸酯，搅拌均匀，得到涂料备用；

其中脂肪族异氰酸酯为六亚甲基异氰酸酯(HDI)缩二脲或六亚甲基异氰酸酯(HDI)三聚体；脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。

步骤(5)、采用步骤(4)得到的涂料对被喷涂物表面进行喷涂，被喷涂物在喷涂前应进行表面除油，必要时可进行打磨或吹沙处理，以增强表面粗糙度，增强涂层的附着力。选用适宜口径的喷枪均匀的喷涂在器件的表面，采用空气喷涂的方式进行多次喷涂，待每一道漆膜表干时，再进行下一道喷涂，每次喷涂的厚度为10-25μm，控制涂层总厚度为80-150μm。

采用的助剂为常用的用于改善水性涂料体系各项性能的助剂，包括润湿分散剂、表面活性剂、中和剂、消泡剂、增稠剂、流平剂或抗菌剂中。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

(1)在调漆罐中加入去离子水240g、中和剂(50％DMEA水溶液)2.0g、增稠剂(羟乙基纤维素)2.4g、润湿分散剂(BYK-190)9.0g、表面活性剂(BYK-348)1.0g、消泡剂(BYK-022)1.5g、抗菌剂(Kathon LXE)1.0g，边加入助剂边搅拌，搅拌均匀后，加入金红石型钛白粉40g(粒径0.3-2μm)，3000r/min搅拌25min，待用。

(2)在(1)中所得颜料浆中，加入水性羟基丙烯酸分散体450g，搅拌均匀，然后加入导电氧化锌300g(粒径为0.5-5μm)，再加入消泡剂(BYK-022)3.0g，流变改性剂(BYK-381)6.0g，应用剪切分散设备，2000r/min分散20min，制得水性涂料组分。

(3)将步骤(2)中的涂料组分倒入广口瓶，加入HDI三聚体120g，搅拌均匀，待用。

(4)采用铝板、紫铜片和马口铁(镀锡量为E4，硬度等级为T52)，作为被喷涂物件，用240#砂纸打磨，并用丙酮擦拭试样表面除去油渍，用喷枪将步骤(3)中所得的涂料均匀的喷涂在试样表面，每次喷涂的厚度在15-20μm，涂层总厚度90μm，室温干燥24h。

试样干燥7天后，测定涂层性能，达到指标如下：

表1实施例1中涂层测试结果

实施例2

本实施例包括以下步骤：

(1)在调漆罐中加入去离子水240g、中和剂(50％DMEA水溶液)2.0g、增稠剂(羟乙基纤维素)2.0g、润湿分散剂(BYK-190)8.0g、表面活性剂(BYK-348)1.0g、消泡剂(BYK-022)1.6g、抗菌剂(Kathon LXE)1.2g，边加入助剂边搅拌，搅拌均匀后，加入金红石型钛白粉40g(粒径0.3-2μm)，2500r/min搅拌25min，待用。

(2)在(1)中所得颜料浆中，加入水性羟基丙烯酸分散体420g，搅拌均匀，然后加入导电钛酸钾260g(粒径为5-10μm)，再加入消泡剂(BYK-022)3.0g，流变改性剂(BYK-381)6.0g，应用剪切分散设备，2000r/min分散20min，制得水性涂料组分。

(3)将步骤(2)中的涂料组分倒入广口瓶，加入HDI缩二脲100g，搅拌均匀，待用。

(4)采用铝板、紫铜片和马口铁(镀锡量为E4，硬度等级为T52)，作为被喷涂物件，用240#砂纸打磨，并用丙酮擦拭试样表面除去油渍，用喷枪将步骤(3)中所得的涂料均匀的喷涂在试样表面，每次喷涂的厚度在15-20μm，涂层总厚度100μm，室温干燥24h。

试样干燥7天后，测定涂层性能，达到指标如下：

表2实施例2中涂层测试结果

实施例3

本实施例包括以下步骤：

(1)在调漆罐中加入去离子水240g、中和剂(50％DMEA水溶液)2.4g、增稠剂(羟乙基纤维素)2.0g、润湿分散剂(BYK-190)12g、表面活性剂(BYK-348)1.0g、消泡剂(BYK-022)1.2g、抗菌剂(Kathon LXE)1.0g，边加入助剂边搅拌，搅拌均匀后，加入金红石型钛白粉20g(粒径0.3-2μm)，3000r/min搅拌25min，待用。

(2)在(1)中所得颜料浆中，加入水性羟基丙烯酸分散体480g，搅拌均匀，然后加入导电氧化锌120g(粒径为0.5-5μm)，导电钛酸钾260g，再加入消泡剂(BYK-022)3.0g，流变改性剂(BYK-381)5.0g，应用剪切分散设备，2500r/min分散20min，制得水性涂料组分。

(3)将步骤(2)中的涂料组分倒入广口瓶，加入HDI三聚体150g，搅拌均匀，待用。

(4)采用铝板、紫铜片和马口铁(镀锡量为E4，硬度等级为T52)，作为被喷涂物件，用240#砂纸打磨，并用丙酮擦拭试样表面除油，用喷枪将步骤(3)中所得的涂料均匀的喷涂在试样表面，每次喷涂的厚度在15-20μm，涂层总厚度95μm，室温干燥24h。

试样干燥7天后，测定涂层性能，达到指标如下：

表3实施例3中涂层测试结果

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种水性低太阳吸收比防静电涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

去离子水15-30份中和剂0.1-0.8份增稠剂0.2-2份

润湿分散剂0.5-3份表面活性剂0.1-1份消泡剂0.1-2份

抗菌剂0.1-0.5份颜料1-10份；

水性羟基树脂30-50份导电填料25-50份消泡剂0.1-1份

流变改性剂0.2-1.5份；

2.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)加入的颜料为白色颜料，白色颜料采用钛白粉，粒径为0.1-10μm。

3.根据权利要求2所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述钛白粉选用金红石型钛白粉。

4.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)加入的水性羟基树脂包括阴离子型丙烯酸酯分散体或羟基丙烯酸酯分散体中的一种或两种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)加入的导电填料为浅色氧化物导电填料，选自导电钛白粉、导电云母粉、导电氧化锌或导电钛酸钾中的一种或组合，导电填料的形态为球状、片状或针状。

6.根据权利要求5所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述导电填料的粒径尺寸为0.1-15μm。

7.根据权利要求5或6所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述导电填料为粒径0.1-10μm、粉体电阻<100Ω·cm的导电氧化锌或导电钛酸钾中的一种或组合。

8.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)加入的脂肪族异氰酸酯为六亚甲基异氰酸酯缩二脲或六亚甲基异氰酸酯三聚体；所述脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。

9.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的分散方式采用剪切乳化分散。

10.根据权利要求1所述的一种水性低太阳吸收比防静电涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中对被喷涂物表面进行喷涂之前，对被喷涂表面进行打磨或吹沙处理，以增加表面粗糙度，增强涂层的附着力。