CN105111867A - 水性环保仿瓷釉塑胶涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料及其制备方法，所述水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其配方以质量百分计包含：水性丙烯酸乳液20～40%、水性硅溶胶10～20%、水性无机二氧化硅纳米分散体35%～50%、润湿分散剂0.1%～0.3%、硅烷1%～5%、胺中和剂0.1%～0.5%、无铅颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%。本发明水性环保仿瓷釉塑胶涂料可永久性以瓷釉质形式涂覆在多种材质表面，并能在各种形状材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂等方式施工，形成的独特瓷釉涂层不会被水解，在一定温度下不会被熔解，能对基材形成防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护。

Description

水性环保仿瓷釉塑胶涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性仿瓷釉材料技术领域，具体说是一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会文明的的发展与进步，人们对环境的低碳环保意识逐渐增强，具体到涂料产品上，除了对涂料的装饰功能有要求外，更加注重对人体健康和环境保护的需求，同时各国制定的环保法规都对涂料中挥发性有机物（VOC）有严格限制，控制VOC的排放和污染的产生，已成为世界性的环保课题，也是我国发展循环经济的必然要求。传统溶剂型涂料，含有大量挥发性有机化合物VOC，VOC是挥发性有机化合物，对人体健康有巨大影响，同时，VOC还是形成PM2.5的重要来源，所以也是形成雾霾的主要原因，并且易燃易爆，浪费石油资源，除此以外，传统溶剂型涂料膜层还存在残留的有害物的污染，使用重金属颜料造成的污染等。

此外，现有的溶剂型涂料往往还存在防火阻燃性相对较差、使用寿命短、应用范围窄、保持材质表面光洁美观性不足、制备工艺复杂、能耗高等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料，能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低、防火阻燃且使用寿命长。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料的制备方法，其工艺简单，易于实施，以便能高效、节能地制备出能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低、防火阻燃且使用寿命长的水性环保仿瓷釉塑胶涂料。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其配方以质量百分计包含：水性丙烯酸乳液20～40%、水性硅溶胶10～20%、水性无机二氧化硅纳米分散体35%～50%、润湿分散剂0.1%～0.3%、硅烷1%～5%、胺中和剂0.1%～0.5%、无铅颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%。

进一步地，所述丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合。

进一步地，所述硅溶胶为酸性硅溶胶，硅溶胶粒子比表面积为50～40㎡/g，硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5～100nm。

进一步地，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷的一种或其组合；所述胺中和剂为二乙醇胺、三乙醇胺、氨基甲基丙醇的一种或其组合。

进一步地，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种。

进一步地，所述按占涂料所用全部原料的质量百分比计：消泡剂0.1%～0.5%；流平剂0.2%～0.5%；增稠剂0.2%～1%；紫外光吸收稳定剂0.1%～0.3%；防霉抗菌剂0.1%～0.2%。

进一步地，所述消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种或其组合；流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或其组合；增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；紫外光吸收稳定剂为苯并三唑类紫外光吸收稳定剂；防霉抗菌剂二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

进一步地，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

另一方面，本发明还提供一种以上任一项所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料的制备方法，其方法如下：按配方的质量百分比计，把水性无机二氧化硅纳米分散体滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5%的去离子水加入到分散缸中，在300～400rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性硅溶胶、消泡剂、流平剂、增稠剂，紫外光吸收稳定剂，在600～800rmp的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性环保仿瓷釉塑胶涂料。

进一步地，所述水性无机二氧化硅纳米分散体按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、硅粉和润湿分散剂搅拌均匀，高速分散25～40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15小时，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～80nm水性纳米浆料，然后调入胺中和剂，调节纳米二氧化硅分散体的pH小于7，然后升温到40～50摄氏度，开始滴加预先计量的硅烷，在10~20滴/分钟的速率滴完毕，保持反应温度在40～90摄氏度，恒温反应2～5小时，然后保温反应25～40分钟，停止加热，降温冷却，即可获得水性无机二氧化硅纳米分散体。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明采用水性丙烯酸乳液，协同其他组分，可以实现在被涂覆基材表面有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和耐沾污性，效果明显优于普通的水性塑胶涂料，而且，利用丙烯酸的柔韧性，可以实现在各种形状材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工。

2、本发明可充分利用硅溶胶细粒径和高渗透性，液态时可以浸入基材空隙，使其表面光滑；聚合成膜后形成一层特有的陶瓷釉质，能有效提涂层对基材的封闭性；协同其他助剂，抑制其吸湿，在被涂覆材质表面形成一层特有的玻璃釉质，一旦成膜不会再被水解和变质，涂覆在基材表面，不影响基材本身性能、同时更加具备美观装饰性，达成漆膜对基材的封闭效果，可实现涂膜耐水渗透性、抗沾污和涂膜的持久性。

3、本发明利用纳米粒子化后的水性无机二氧化硅分散体具备吸收缓冲涂膜热应力分散，抵御和隔离热应力集中的特点，协同其他组分材料混配，使得漆膜可耐高温不分解；同时极大的增强了涂膜的交联密度，增加了涂料膜层的致密度；同时纳米的微小粒径，有效填补基材空隙，极大了提高了涂膜与基材的附着力，膜层涂覆在基材表面，可以实现高温下不会产生有机物分解的刺鼻异味及烟雾，具备防火阻燃性，同时有效提高材质的抗冲击，防爆裂、耐磨性，硬度更是可以达到6H，符合陶瓷特性。

4、本发明采用紫外光吸收剂和防霉抗菌剂，使得成膜物质在户外自然光照等条件下，充分利用材料间的互补优势，可以实现涂覆基材在光照和潮湿环境下整体涂覆体的变色老化性、耐黄变性、防霉抗菌，对基材的装饰性远远高出其他涂料。

5、本发明基材基固性好，具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点，本发明产品标准状态下的独有瓷釉膜层，除了应有的装饰性效果，还具备防止基材变形、防止破裂，由于昼夜的温差变化，材质会发生热胀冷缩等形变，水性仿瓷釉涂层的独有锚固性对基材有相当程度的保护性，并且能长久的保持。

6、本发明的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，产品标准状态下独有的瓷釉膜层，保证了良好的耐化学品性，由于基材在户外要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，封闭状态瓷釉质膜层具有独特的致密度，抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀，可以有效延长基材的使用寿命，并能长久保持。

7、本发明的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，涂层形成的是一种高硬度的类似于陶瓷的致密釉层，具有的良好高温绝热性，在一定温度下不会被熔解，能阻止在燃烧高温条件下，有效阻止热量向基材传递，能有效隔绝氧气，防止滴落、明火蔓延，不会产生有机物高温分解的刺鼻异味及烟雾，可有效阻止继续燃烧、延缓基材升温导致变形，起到阻燃防火保护作用。

综上所述，本发明的水性仿瓷釉塑胶涂料可永久性以瓷釉质形式涂覆在多种材质表面，并能可广泛应用于塑胶、工程机械、五金钢构、树脂工艺品、陶瓷卫浴、花盆、水泥、内外墙等范围的材质，形成的独特瓷釉涂层不会被水解，更加具备美观装饰性，在一定的温度下不会被熔解，对基材形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明提供一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其配方以质量百分计包含：

水性丙烯酸乳液20～40%；

水性硅溶胶10～20%；

水性无机二氧化硅纳米分散体25%～40%；

润湿分散剂0.1%～0.3%；

硅烷1%～5%；

胺中和剂0.1%～0.5%；

无铅颜料5%～10%；

成膜助剂0.5%～2.5%；及

去离子水5%～25%。

在具体实施时，所述丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合，该乳液能有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和抗沾污性，效果明显优于普通的水性丙烯酸涂料。

在一个实施例中，所述硅溶胶优先采用为酸性硅溶胶，硅溶胶粒子比表面积为50～40㎡/g，硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5～100nm，所述硅溶胶液态时可以浸入基材空隙，使其表面光滑；聚合成膜后形成一层特有的陶瓷釉质，能有效提涂层对基材的封闭性。

在一个实施例中，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷的一种或其组合；所述胺中和剂为二乙醇胺、三乙醇胺、氨基甲基丙醇的一种或其组合。

在一个实施例中，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种，进一步地，可以优选采用金红石型钛白粉。

在一个实施例中，所述按占涂料所用全部原料的质量百分比计：消泡剂0.1%～0.5%；流平剂0.2%～0.5%；增稠剂0.2%～1%；紫外光吸收稳定剂0.1%～0.3%；防霉抗菌剂0.1%～0.2%。进一步地，所述消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种或其组合；流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或其组合；增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；紫外光吸收稳定剂为苯并三唑类紫外光吸收稳定剂；防霉抗菌剂二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

在一个实施例中，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

本发明还提供几个具体实施的配方如下表，表中的百分比均为质量百分比：

另一方面，本发明还提供一种上述水性环保仿瓷釉塑胶涂料的制备方法，其方法如下：按配方的质量百分比计，把水性无机二氧化硅纳米分散体滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5%的去离子水加入到分散缸中，在300～400rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性硅溶胶、消泡剂、流平剂、增稠剂，紫外光吸收稳定剂，在600～800rmp的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性环保仿瓷釉塑胶涂料。

在实施时，对于所述水性无机二氧化硅纳米分散体，还可以按照以下制备工艺预先制得：依次加入去离子水、硅粉和润湿分散剂搅拌均匀，高速分散25～40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15小时，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～80nm水性纳米浆料，然后调入胺中和剂，调节纳米二氧化硅分散体的pH小于7，然后升温到40～50摄氏度，开始滴加预先计量的硅烷，在10~20滴/分钟的速率滴完毕，保持反应温度在40～90摄氏度，恒温反应2～5小时，然后保温反应25～40分钟，停止加热，降温冷却，即可获得水性无机二氧化硅纳米分散体。

获得的纳米粒子化后的无机二氧化硅分散体，使得漆膜可耐高温不分解，不会产生有机物高温分解的刺鼻异味及烟雾，同时极大的增强了涂膜的交联密度，增加了涂料的致密度；协同其他组分材料混配，有效填补基材空隙，吸收缓涂膜冲热应力分散，抵御和隔离热应力集中，极大了提高了涂膜与基材的附着力；成膜后的膜层具有抗冲击，防爆裂、硬度高，有非常好的耐磨性，符合陶瓷特性。

本发明的水性环保仿瓷釉涂料具有以下有益效果：

1.绿色环保，产品标准状态下，VOC含量低于50g/L，远低于HJ2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/L，符合绿色建筑要求。

2.阻燃性能突出，建筑材料燃烧性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的，产品标准状态下，符合GA111《表面材料的实体房间火试验方法》标准，此是参照ISO9705《表面材料全尺寸房间试验》编写的公安行业标准。

3.本发明的水性仿瓷釉塑胶涂料，涂层形成的是一种高硬度的类似于陶瓷的致密瓷釉层，具有的良好高温绝热性，在一定温度下不会被熔解，能阻止在燃烧高温条件下，有效阻止热量向基材传递，能有效隔绝氧气，可阻止继续燃烧、延缓基材升温导致变形，起到阻燃防火保护作用。

4.抗沾污性好，本发明产品标准状态下，涂膜的抗沾污、抗化学品性好，仿瓷釉质膜层具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性。抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀，可以实现涂覆基材在光照和潮湿环境下整体涂覆体的变色老化性、耐黄变性、防霉抗菌，对基材的装饰性远远高出其他涂料。

5.基材基固性好，本发明产品标准状态下的独有瓷釉膜层，具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点，除了应有的装饰性效果，还具备防止基材变形、防止破裂，由于昼夜的温差变化，材质会发生热胀冷缩等形变，水性仿瓷釉涂层的独有锚固性对基材有相当程度的保护性，并且能长久的保持。

6.耐水性优异，本发明产品标准状态下，用水浸泡后不起泡、不发白，有效防止水分渗入膜层侵蚀底材，不会剥落，有效延长基材的使用寿命。

7.良好的耐化学品，本发明标准状态下，形成的独特瓷釉涂层不会被水解，由于基材在户外要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，封闭状态瓷釉质膜层具有独特的致密度，更加具备美观装饰性，有效实现对被涂覆材质形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护等性能都能胜出一筹，尤其可永久性以瓷釉质形式涂覆在多种材质表面，并能长久的保持。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，其配方以质量百分计包含：水性丙烯酸乳液20～40%、水性硅溶胶10～20%、水性无机二氧化硅纳米分散体35%～50%、润湿分散剂0.1%～0.3%、硅烷1%～5%、胺中和剂0.1%～0.5%、无铅颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%。

2.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种。

3.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述硅溶胶为酸性硅溶胶，硅溶胶粒子比表面积为50～40㎡/g，硅溶胶粒子颗粒粒径范围为5～100nm。

4.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷的一种；所述胺中和剂为二乙醇胺、三乙醇胺、氨基甲基丙醇的一种。

5.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述按占涂料所用全部原料的质量百分比计：消泡剂0.1%～0.5%；流平剂0.2%～0.5%；增稠剂0.2%～1%；紫外光吸收稳定剂0.1%～0.3%；防霉抗菌剂0.1%～0.2%。

7.如权利要求6所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种；增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；紫外光吸收稳定剂为苯并三唑类紫外光吸收稳定剂；防霉抗菌剂二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

8.如权利要求1所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种；所述去离子水为去除杂质的自来水。

9.一种如权利要求1～8中任一所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：按配方的质量百分比计，把水性无机二氧化硅纳米分散体滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5%的去离子水加入到分散缸中，在300～400rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性硅溶胶、消泡剂、流平剂、增稠剂，紫外光吸收稳定剂，在600～800rmp的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性环保仿瓷釉塑胶涂料。

10.如权利要求9所述的水性环保仿瓷釉塑胶涂料的制备方法，其特征在于，所述水性无机二氧化硅纳米分散体按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、硅粉和润湿分散剂搅拌均匀，高速分散25～40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15小时，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～80nm水性纳米浆料，然后调入胺中和剂，调节纳米二氧化硅分散体的pH小于7，然后升温到40～50摄氏度，开始滴加预先计量的硅烷，在10~20滴/分钟的速率滴完毕，保持反应温度在40～90摄氏度，恒温反应2～5小时，然后保温反应25～40分钟，停止加热，降温冷却，即可获得水性无机二氧化硅纳米分散体。