CN104341880A - 水性氟碳涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性氟碳涂料，该水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为：氟碳乳液5.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～35.00％、分散剂0.00～5.00％、润湿剂0.00～1.00％、消泡剂0.10～1.00％、保湿剂0.50～2.00％、羟基纤维素0.00～1.00％、流变剂0.01～0.80％、填料0.00～30.00％、颜料5.00～20.00％、成膜助剂0.30～2.00％、氨中和剂0.00～0.50％、杀菌剂0.10～0.30％；余量为无离子水；其中，所述氟碳乳液的固体含量为40％，所述纳米硅溶胶为环氧基硅烷改性硅溶胶。本发明还公开了一种上述水性氟碳涂料的制备方法。所述水性氟碳涂料的成本低，基本不含VOC，且其漆膜的附着力强，耐候性和耐洗刷性更佳。

Description

水性氟碳涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种水性氟碳涂料及其制备方法。 
背景技术
水性氟碳涂料中的核心原料为氟碳乳液，由于氟碳乳液价格高，而造成水性氟碳涂料的成本高，另外，水性氟碳涂料中成膜物质为氟碳乳液，其成膜物质单一，VOC含量较高。成膜的附着力差，且成膜的耐候性和耐洗刷性也不佳。因此，亟需对水性氟碳涂料进行改性以提高其性能以及降低水性氟碳涂料的成本。 
发明内容
本发明的主要目的在于解决水性氟碳涂料成本和VOC含量高，且其漆膜的附着力差，以及耐候性和耐洗刷性也不好的技术问题。 
为实现上述目的，本发明提供一种水性氟碳涂料，所述水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液5.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～35.00％、分散剂0.00～5.00％、润湿剂0.00～1.00％、消泡剂0.10～1.00％、保湿剂0.50～2.00％、羟基纤维素0.00～1.00％、流变剂0.01～0.80％、填料0.00～30.00％、颜料5.00～20.00％、成膜助剂0.30～2.00％、氨中和剂0.00～0.50％、杀菌剂0.10～0.30％；余量为无离子水； 
其中，所述氟碳乳液的固体含量为40％，所述纳米硅溶胶为环氧基硅烷改性硅溶胶。 
优选地，所述水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液10.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～34.00％、分散剂0.10～4.50％、润湿剂0.10～1.00％、消泡剂0.15～1.00％、保湿剂0.80～2.00％、羟基纤维素0.10～1.00％、流变剂0.10～0.80％、填料2.00～30.00％、颜料8.00～20.00％、成膜助剂0.50～2.00％、氨中和剂0.00～0.45％、杀菌剂0.10～0.25％；余量为无离子水。 
优选地，所述氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液15.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～32.00％、分散剂0.10～3.00％、润湿剂0.35～1.00％、消泡剂0.15～0.70％、保湿剂1.00～2.00％、羟基纤维素0.10～0.80％、流变剂0.15～0.70％、填料2.00～25.00％、颜料12.00～20.00％、成膜助剂0.50～1.80％、氨中和剂0.10～0.50％、杀菌剂为0.15～0.30％；余量为无离子水。 
优选地，所述环氧基硅烷改性硅溶胶的组分及其重量百分比为： 
硅溶胶68.00～98.00％、环氧基硅烷0.50～21.00％、以及生物活化剂0.00～0.35％。 
优选地，所述保湿剂为基本不含VOC的聚乙二醇、接枝乙氧基化物、或者三乙二醇醚。 
优选地，所述填料为高岭土、重质碳酸钙、轻体碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、重晶石粉、或者云母粉；所述填料的粒径为0.2～35μm。 
优选地，所述颜料为金红石钛白粉、氧化铁系颜料、铬酸盐类颜料、立德粉、无机复合颜料、或者炭黑；所述颜料的粒径为0.2～35μm。 
优选地，所述颜料为金红石钛白粉。 
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种上述水性氟碳涂料的制备方法，所述水性氟碳涂料的制备方法包括如下步骤： 
制备环氧基硅烷改性硅溶胶； 
将无离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、保湿剂、杀菌剂以及成膜助剂加入容器中，搅拌混合均匀； 
继续向所述容器中加入羟基纤维素，分散均匀后，用氨中和剂调整PH值至8.5～9.5； 
继续向所述容器中依次加入填料、颜料，高速分散，使混合物中固体颗粒的粒径≤35μm； 
继续向所述容器中依次加入环氧基硅烷改性硅溶胶、氟碳乳液； 
混合均匀后，继续向所述容器中加入流变剂，调整粘度至95～105KU，制得水性氟碳涂料。 
优选地，所述制备环氧基硅烷改性硅溶胶具体包括如下步骤： 
向夹套反应釜中加入硅溶胶和生物活化剂，并在0～90转/分转速下进行搅拌； 
采用滴加方式将环氧基硅烷加入夹套反应釜中，在25～95℃下反应1～8小时，制得环氧基硅烷改性硅溶胶。 
本发明的水性氟碳涂料及其制备方法通过在氟碳涂料组合物中添加环氧基硅烷改性硅溶胶，减少了氟碳乳液用量，大大降低了原材料的成本，使氟碳涂料成本降低15～30％，同时改善水性氟碳涂料的性能，进一步提高其漆膜的附着力、耐候性和耐洗刷性，使该水性氟碳涂料的漆膜的附着力强，耐候性以及耐洗刷性更佳，且由于硅溶胶的成膜无需使用成膜助剂使成膜助剂的用量减少，保湿剂基本不含VOC，因而该水性氟碳涂料的VOC含量大大降低，有利于环保。 
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 
本发明提供一种水性氟碳涂料，所述水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液5.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～35.00％、分散剂0.00～5.00％、润湿剂0.00～1.00％、消泡剂0.10～1.00％、保湿剂0.50～2.00％、羟基纤维素0.00～1.00％、流变剂0.01～0.80％、填料0.00～30.00％、颜料5.00～20.00％、成膜助剂0.30～2.00％、氨中和剂0.00～0.50％、杀菌剂0.10～0.30％、以及余量为无离子水；其中，所述氟碳乳液的固体含量为40％，所述纳米硅溶胶为环氧基硅烷改性硅溶胶。 
水性氟碳涂料中，氟碳乳液为主成膜物，其用量越大，成本越高。而纳米硅溶胶为廉价高效的氟碳乳液的有效替代品，可以任何比例与氟碳乳液相混溶，纳米硅溶胶的添加使所述水性氟碳涂料的原材料的成本极大降低。由于纳米硅溶胶的价格仅为氟碳乳液的20％不到，使水性氟碳涂料成本降低15～30％。 
另外，由于纳米硅溶胶为环氧基硅烷改性硅溶胶，其具有改性基团，该改性基团与氟碳乳液中的分子链形成物理缠绕和互穿网络，使得涂料体系更 稳定，涂料的成膜性能更好。随着纳米硅溶胶用量比例的增加，涂料的漆膜的附着力、硬度会逐渐加强且耐候性亦随之提高。同时由于纳米硅溶胶的成膜不需要成膜助剂，在满足各项漆膜性能要求的前提下，纳米硅溶胶的用量比例越大，涂料的VOC含量越低，成本越经济，漆膜的性能越好，有利于环保。 
再者，纳米硅溶胶对所述颜料和填料具有良好的粘结力和包覆力，从而使水性氟碳涂料具有更佳的耐候性和耐洗刷性。 
本发明实施例中，分散剂优选为聚羧酸钾盐、聚羧酸钠盐、或者聚羧酸铵盐。分散剂用于分散、悬浮、稳定氟碳涂料中的颜料和填料，以提高涂料体系的稳定性。 
在一较佳实施例中，润湿剂为非离子型润湿剂或阴离子型润湿剂。非离子型润湿剂优选为烷基聚氧乙烯醚、或者聚氧乙烯脂肪醇醚；阴离子型润湿剂优选为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯、琥珀酸钠盐、脂肪酸、或者烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵盐。润湿剂用于对涂料体系中的颜料和填料的润湿、分散、防沉和对底材的润湿，增加涂料的附着力。 
在一较佳实施例中，消泡剂优选为改性硅氧烷类消泡剂、或者脂肪酸盐与矿物油的混合物。消泡剂用于清除涂料生产过程中产生的有害泡沫。 
在一较佳实施例中，保湿剂优选为聚乙二醇、接枝乙氧基化物、或者三乙二醇醚。除了纳米硅溶胶用量的增加降低了VOC含量外，聚乙二醇、接枝乙氧化物、或者三乙二醇醚替代现有的乙二醇或者丙二醇作为保湿剂，进一步降低了涂料中的VOC含量，更好地提高了水性氟碳涂料的环保性。 
在一较佳实施例中，羟基纤维素选自羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。羟基纤维素用于提高水性氟碳涂料的粘度、改善涂料的流变性。 
在一较佳实施例中，流变剂优选为聚氨酯聚醚、或者疏水改性缔合型碱溶胀型增稠剂。流变剂用于改善涂料流变性能，以改善涂料的稳定性和涂装性，提高涂膜质量。如：防止涂料贮存过程中颜料、填料的沉淀，避免涂装过程中涂料的溅落、流挂，改善涂膜的流平性能等。 
在一较佳实施例中，填料优选为高岭土、重质碳酸钙、轻体碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、重晶石粉、或者云母粉；填料的粒径为0.2～35μm。更优选 地，填料为高岭土、硅灰石粉、或者云母粉，填料为硅酸盐类，纳米硅溶胶对其具有更好的粘结力和包覆力，从而使水性氟碳涂料的漆膜具有更佳的耐候性和耐洗刷性。 
在一较佳实施例中，颜料优选为金红石钛白粉、氧化铁系颜料、铬酸盐类颜料、立德粉、无机复合颜料、或者炭黑；颜料的粒径为0.2～35μm。更优选地，颜料为金红石钛白粉。 
在一较佳实施例中，成膜助剂优选为醇酯-12、二甘醇丁醚、二甘醇丁醚醋酸酯、或者二乙二醇丁醚醋酸酯。由于硅溶胶的添加，减少了氟碳乳液的用量，且硅溶胶的成膜无需成膜剂，大大减少了成膜助剂的使用，减少了VOC含量，进一步地提高了水性氟碳涂料的环保性。 
在一较佳实施例中，氨中和剂优选为二甲基乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、或者丁基乙醇胺，氨中和剂用于调节水性氟碳乳液的PH值至8。5-～9.5。 
前述实施例中，由于包含有杀菌剂，可以提高水性氟碳涂料的防腐、防霉效果，进而提高水性氟碳涂料的稳定性。 
在本实施方式中，环氧基硅烷改性硅溶胶的组分及其重量百分比为： 
硅溶胶68.00～98.00％、环氧基硅烷0.50～21.00％、以及生物活化剂0.00～0.35％。其中，环氧基硅烷改性硅溶胶的制备方法如下： 
提供夹套反应釜，往夹套反应釜中加入硅溶胶和生物活化剂，夹套反应釜采用框式搅拌、转速为0～90转/分； 
采用滴加方式将环氧基硅烷加入夹套反应釜中，反应温度为25～95℃，反应时间为1～8小时，即可制得环氧基硅烷改性硅溶胶。 
其中，硅溶胶为酸性硅溶胶、碱性硅溶胶、或者中性硅溶胶；环氧基硅烷优选为3-缩水甘油醚甲基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、或者甲基三甲氧基硅烷。 
优选地，水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液10.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～34.00％、分散剂0.10～4.50％、润湿剂0.10～1.00％、消泡剂0.15～1.00％、保湿剂0.80～2.00％、羟基纤维素0.10～1.00％、流变剂0.10～0.80％、填料2.00～30.00％、颜料8.00～20.00％、成 膜助剂0.50～2.00％、氨中和剂0.00～0.45％、杀菌剂0.10～0.25％、以及余量为无离子水。 
更优选地，氟碳涂料的组分及其重量百分比为： 
氟碳乳液15.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～32.00％、分散剂0.10～3.00％、润湿剂0.35～1.00％、消泡剂0.15～0.70％、保湿剂1.00～2.00％、羟基纤维素0.10～0.80％、流变剂0.15～0.70％、填料2.00-25.00％、颜料12.00～20.00％、成膜助剂0.50～1.80％、氨中和剂0.10～0.50％、杀菌剂为0.15～0.30％、以及余量为无离子水。 
本发明还提供一种上述水性氟碳涂料的制备方法，水性氟碳涂料的制备方法包括如下步骤： 
制备环氧基硅烷改性硅溶胶； 
将无离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、保湿剂、杀菌剂以及成膜助剂加入容器中，搅拌混合均匀； 
在搅拌下，继续向容器中加入羟基纤维素，分散均匀后，用氨中和剂调整PH值至8.5～9.5； 
在搅拌下，继续向容器中依次加入填料、颜料，高速分散，使混合物中固体颗粒的粒径≤35μm； 
在搅拌下，继续向容器中依次加入环氧基硅烷改性硅溶胶、氟碳乳液； 
混合均匀后，继续向容器中加入流变剂，调整粘度至95～105KU，制得水性氟碳涂料。 
水性氟碳涂料的制备方法提高了涂料的生产效率，增进了产品的稳定性。 
该水性氟碳涂料的制备方法中，环氧基硅烷改性硅溶胶的制备方法如下： 
提供夹套反应釜，往夹套反应釜中加入硅溶胶和生物活化剂，夹套反应釜采用框式搅拌、转速为0～90转/分； 
采用滴加方式将环氧基硅烷加入夹套反应釜中，反应温度为25～95℃，反应时间为1～8小时，即可制得环氧基硅烷改性硅溶胶。 
其中，硅溶胶为酸性硅溶胶、碱性硅溶胶、或者中性硅溶胶；环氧基硅烷优选为3-缩水甘油醚甲基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、或者甲基三甲氧基硅烷。 
本实施方式的水性氟碳涂料与现有的水性氟碳涂料比较，具有以下优点： 
一、耐候性更佳，按GB/T 927-1996的规定经1000小时漆膜无变化；现有的水性氟碳涂料则轻微脱粉。 
二、耐洗刷性更突出，按GB/T 9266 2009的规定15000次不露底；现有的水性氟碳涂料12000次即露底。 
三、附着力更强，按GB/T 9286的规定(划格法)一级，现有的水性氟碳涂料为二级。 
四、环保性能得到进一步提高，成膜助剂用量更少，保湿剂基本不含VOC。 
五、原材料成本进一步降低，纳米硅溶胶价格仅为氟碳乳液的20％，使氟碳涂料成本降低15～30％。 
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (10)

1.一种水性氟碳涂料，其特征在于，所述水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为：
氟碳乳液5.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～35.00％、分散剂0.00～5.00％、润湿剂0.00～1.00％、消泡剂0.10～1.00％、保湿剂0.50～2.00％、羟基纤维素0.00～1.00％、流变剂0.01～0.80％、填料0.00～30.00％、颜料5.00～20.00％、成膜助剂0.30～2.00％、氨中和剂0.00～0.50％、杀菌剂0.10～0.30％；余量为无离子水；
其中，所述氟碳乳液的固体含量为40％，所述纳米硅溶胶为环氧基硅烷改性硅溶胶。
2.如权利要求1所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述水性氟碳涂料的组分及其重量百分比为：
氟碳乳液10.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～34.00％、分散剂0.10～4.50％、润湿剂0.10～1.00％、消泡剂0.15～1.00％、保湿剂0.80～2.00％、羟基纤维素0.10～1.00％、流变剂0.10～0.80％、填料2.00～30.00％、颜料8.00～20.00％、成膜助剂0.50～2.00％、氨中和剂0.00～0.45％、杀菌剂0.10～0.25％；余量为无离子水。
3.如权利要求2所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述氟碳涂料的组分及其重量百分比为：
氟碳乳液15.00～50.00％、纳米硅溶胶10.00～32.00％、分散剂0.10～3.00％、润湿剂0.35～1.00％、消泡剂0.15～0.70％、保湿剂1.00～2.00％、羟基纤维素0.10～0.80％、流变剂0.15～0.70％、填料2.00～25.00％、颜料12.00～20.00％、成膜助剂0.50～1.80％、氨中和剂0.10～0.50％、杀菌剂为0.15～0.30％；余量为无离子水。
4.如权利要求1至3任意一项所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述环氧基硅烷改性硅溶胶的组分及其重量百分比为：
硅溶胶68.00～98.00％、环氧基硅烷0.50～21.00％、以及生物活化剂0.00～0.35％。
5.如权利要求1至3任意一项所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述保湿剂为聚乙二醇、接枝乙氧基化物、或者三乙二醇醚。
6.如权利要求1至3任意一项所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述填料为高岭土、重质碳酸钙、轻体碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、重晶石粉、或者云母粉；所述填料的粒径为0.2～35μm。
7.如权利要求1至3任意一项所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述颜料为金红石钛白粉、氧化铁系颜料、铬酸盐类颜料、立德粉、无机复合颜料、或者炭黑；所述颜料的粒径为0.2～35μm。
8.如权利要求7所述的水性氟碳涂料，其特征在于，所述颜料为金红石钛白粉。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的水性氟碳涂料的制备方法，其特征在于，所述水性氟碳涂料的制备方法包括如下步骤：
制备环氧基硅烷改性硅溶胶；
将无离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、保湿剂、杀菌剂以及成膜助剂加入容器中，搅拌混合均匀；
继续向所述容器中加入羟基纤维素，分散均匀后，用氨中和剂调节PH值至8.5～9.5；
继续向所述容器中依次加入填料、颜料，高速分散，使混合物中固体颗粒的粒径≤35μm；
继续向所述容器中依次加入环氧基硅烷改性硅溶胶、氟碳乳液；
混合均匀后，继续向所述容器中加入流变剂，调整粘度至95～105KU，制得水性氟碳涂料。
10.如权利要求9所述的水性氟碳涂料的制备方法，其特征在于，所述制备环氧基硅烷改性硅溶胶具体包括如下步骤：
向夹套反应釜中加入硅溶胶和生物活化剂，并在0～90转/分转速下进行搅拌；
采用滴加方式将环氧基硅烷加入夹套反应釜中，在25～95℃下反应1～8小时，制得环氧基硅烷改性硅溶胶。
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