CN105694624A - 一种水性环保纳米合金地坪涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料领域，具体涉及一种水性环保纳米合金地坪涂料及其制备方法。该水性环保纳米合金地坪涂料，包括以下重量份的原料：活性硅氧烷20～30份、纳米二氧化硅10～40份、水溶性树脂10～40份、纳米钛粉5～15份、去离子水10～30份、异丙醇1～15份、颜料5～30份、填料5～100份、润湿剂0.5～6份、消泡剂0.5～0.8份、增稠剂1～3份；其制备方法依次包括：备料、组分A的制备、组分B的制备、混料等步骤。本发明水性环保纳米合金地坪涂料具有耐候、耐溶剂、耐化学品、耐腐蚀、超高硬度、高光泽、高附着力、高柔韧性、涂膜致密性好、抗冲击、耐磨性好等优点，从而可以延长基材的使用寿命。

Description

一种水性环保纳米合金地坪涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种水性环保纳米合金地坪涂料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平和健康环保意识的提高，以及我国工业的深入及精细化进入快速发展期，符合当前及未来经济需要的环保型高性能、长寿命的涂料为居民生活和工业化产品持续、稳定、高效提供了有效的基础保障，其建设和运营情况也受到工业化生产的格外关注。因此，如何持续稳定地为居民和工业化生产提供持续长效的表面防护成为了大家所关心的焦点。
因当前涂料的使用性质，在施工时存在大量的有机溶剂（主要包括二甲苯和甲醛）挥发导致环境污染和人体健康威胁。另外，由于所有的地坪涂料均是常温固化，在其相当长的后期使用过程中，残余的溶剂还会不断地向环境中进行释放来污染环境和影响使用者的身体健康。
在当前的工业涂料中，溶剂型地坪涂料占到了涂料总量的95%以上，随着我国经济结构转型以及对环保愈发严格的管理和控制，开发水性环保的地坪涂料是本行业刻不容缓的工作。水性涂料由于是非易燃易爆的普通化学品，因此除了其VOC低，对环境和人类健康影响小之外，还具有生产、运输、储存、使用的安全性，不会有操作和处理不当而导致的爆炸及火灾问题出现，是当前我国环保部门及各大城市主推的安全健康环保型涂料。
目前，水性涂料主要面临如下问题：对施工表面的清洁度要求高，极易出现涂装时的鱼眼、润湿不良等现象，在涂膜固化后还会残留极少量的水分和亲水的表面活性剂，导致后期的耐水性不佳，以及成膜后涂膜的致密性和硬度较差，从而导致后期的耐磨及使用寿命差，树脂多为分散液或乳液树脂，树脂的稳定性差，受到高速搅拌或激烈晃动极易破乳和胶化，涂膜的耐酸性、耐溶剂性及化学药品性、耐污性能差等问题。
为了解决这些问题，中国专利CN102268221A公开的一种双组份水性无机膨润型防火涂料及制备方法，CN201410161632.6公开的水性环保纳米无机涂料及其制备方法，以上专利通过对配方及工艺进行改进最终得到高硬度、耐候、耐溶剂、耐化学品、耐腐蚀、抗冲击、耐磨性好等优点的涂料；但它们都是纯无机的，强度很大但很脆且易开裂，涂膜致密性差，使其应用范围十分有限。
基于上述溶剂型涂料领域所面临的环保、健康、性能及寿命方面的问题，有必要研发一种新型水性环保涂料，使用时只需要简单地混合搅拌后，按照常规的涂料施工工艺即可进行施工，以克服当前水性涂料缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种水性环保纳米合金地坪涂料及其制备方法，该新型涂料具有耐候、耐溶剂、耐化学品、耐腐蚀、超高硬度、抗冲击、耐磨性好等优点，从而可以延长基材的使用寿命。
为达到上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种水性环保纳米合金地坪涂料，包括以下重量份的原料：活性硅氧烷20～30份、纳米二氧化硅10～40份、水溶性树脂10～40份、纳米钛粉5～15份、去离子水10～30份、异丙醇1～15份、颜料5～30份、填料5～100份、润湿剂0.5～6份、消泡剂0.5～0.8份、增稠剂1～3份。
优选的，所述活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、甲基三甲氧基硅氧烷、甲基三乙氧基硅氧烷中的至少一种；所述水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂和水溶性聚酯树脂中的至少一种。
优选的，所述润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂，其能有效降低物质间的界面张力，能够显著改善流动特性，使界面产生光滑、平整的外观效果；可选择BYK163、GESILWETL77、BYK346之一种或几种。
优选的，所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液，可以为德国BYK公司的消泡剂BYK-022、BYK-320、BYK-066，德国的Henkel公司的SN313，以及荷兰Efka公司的EFKA-2550、EFKA-2722中的一种或几种。
优选的，所述增稠剂为纤维素、气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种。
优选的，所述纳米二氧化硅的固含量不小于90wt%，所述纳米钛粉的固含量不小于98%，所述水溶性树脂的固含量为30～60wt%，所述活性硅氧烷的有效成份不小于95%。
优选的，所述水性环保纳米合金地坪涂料由以下重量份的原料组成：活性硅氧烷20.2～21份、纳米二氧化硅10～15份、水溶性树脂10～20份、纳米钛粉5～6份、去离子水10～15份、异丙醇9～15份、颜料5～6份、填料9～18份、润湿剂1～1.4份、消泡剂0.6份、增稠剂2份。
本发明还提供了上述水性环保纳米合金地坪涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述配比准备原料；
（2）在分散釜中加入全部的去离子水和增稠剂，以及1/3～2/3量的异丙醇，在400～500rpm的转速下搅拌15～30分钟，使物料混合均匀；
（3）加入全部的纳米二氧化硅、纳米钛粉和水溶性树脂，在600～700rpm的转速下再搅拌20～30分钟，使物料混合均匀；
（4）再依次加入全部的颜料、填料，以及1/3～2/3量的消泡剂，在500～600rpm转速下搅拌1.5～2小时，得到A组份；
（5）在另一分散釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇和消泡剂，在400～1000rpm转速下搅拌0.5～1小时，使物料混合均匀，得到B组份；
（6）将所得A组份和B组份混合，搅拌均匀，即得本发明水性环保纳米合金地坪涂料。
本发明水性环保纳米合金地坪涂料的机理在于：
（1）采用的基料为纳米二氧化硅、纳米钛粉和水溶性树脂，与活性硅氧烷混合反应后，生成混合有机无机溶胶预聚体。施工后预聚体进一步进行脱水缩合反应，可生成有机无机杂化的三维立体结构网状涂膜。
（2）整个熟化反应过程通过普通分散搅拌等方法进行复合；
（3）预聚体的硅醇中的羟基、纳米钛粉表面的羟基与水溶性树脂的羟基及羧基进行反应及结合，不但生成的复合材料可使涂层与基材的附着力增强，且其生成的复合中间层也极大改善了原有材料的耐腐蚀、耐磨等性能，从而延长了基材的使用寿命。
与现有水性涂料技术相比，本发明具有如下优点和效果:
（1）附着力好，长期使用不起泡、不脱落、不空鼓，具有极强的耐强酸碱性能，可耐盐酸、硝酸、磷酸、碳酸钠等腐蚀，以及极强的耐化学溶剂性能，可耐苯类溶剂、丙酮、丁酯等侵蚀，涂层具极好的硬度耐磨性、耐冻融性、高光泽、涂膜致密性好、防开裂，其对使用环境的适应性强，耐候性优异，且涂层丰满装饰性强，为防腐蚀和防护一体化设计。
（2）施工方便，通过A\B组份的混合，并进行分散搅拌10～30分钟后就可以进行施工，操作简便易行；
（3）本发明水性纳米合金地坪环保涂料极大地改善了目前普通水性涂料中存在的缺点，其正常的使用寿命是目前市场上常规有机涂料产品的10～20倍，极大地提高产品市场竞争力；还可根据配方中颜基比、助剂的调整，制成用于地坪、建筑表面防护、重防腐、防火、木材保护、室外钢结构防护的水性环保纳米合金涂料。
具体实施方式
以下具体实施例仅用于说明本发明，并不用来限制本发明的范围。如无特别指明，以下实施例采用的原料组分均为涂料行业常用的市购原料。
实施例1
一种水性环保纳米合金地坪涂料，其制备方法包括以下步骤：
（1）按表1所示比例配备原料；
（2）在分散釜中加入全部的去离子水、增稠剂，以及总量2/3的异丙醇，在450rpm的转速下搅拌20分钟，使物料混合均匀；
（3）加入全部的纳米二氧化硅、纳米钛粉、水溶性树脂，在700rpm的转速下再搅拌30分钟，使物料混合均匀；
（4）依次加入全部的颜料、填料，以及总量1/3的消泡剂，在600rpm转速下搅拌1.5小时，得到A组份；
（5）在另一分散釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇和消泡剂，在450rpm转速下搅拌50min，使物料混合均匀，得到B组份；
（6）将所得A组份和B组份混合，搅拌均匀，即得本发明水性环保纳米合金地坪涂料，其检测性能见表2。
表1实施例1原料配备
原料名称 投料量（公斤）
A组分
去离子水 15
异丙醇 10
BYK-P104（消泡剂） 0.2
钛白粉R-906（颜料） 3
黑粉 BLACK-1G（颜料） 2
滑石粉（填料） 5
氧化铝粉（填料） 5
绢云母粉（填料） 5
气相二氧化硅（增稠剂） 1.5
纳米二氧化硅 10
有机膨润土（增稠剂） 0.5
纳米钛粉 5
水溶性丙烯酸树脂 10
B组分
异丙醇 5
活性硅氧烷 21
Silwet L77（润湿剂） 1.4
BYK-P104（消泡剂） 0.4
表2实施例1水性环保合金地坪涂料性能
实施例2
一种水性环保纳米合金地坪涂料，其制备方法包括以下步骤：
（1）按表3所示比例配备原料；
（2）在分散釜中加入全部的去离子水、增稠剂，以及总量2/3的异丙醇，在400rpm的转速下搅拌30分钟，使物料混合均匀；
（3）加入全部的纳米二氧化硅、纳米钛粉、水溶性树脂，在600rpm的转速下再搅拌30分钟，使物料混合均匀；
（4）依次加入全部的颜料、填料，以及总量1/3的消泡剂，在500rpm转速下搅拌2小时，得到A组份；
（5）在另一分散釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇和消泡剂，在450rpm转速下搅拌50min，使物料混合均匀，得到B组份；
（6）将所得A组份和B组份混合，搅拌均匀，即得本发明水性环保纳米合金地坪涂料，其检测性能见表4。
表3实施例2原料配比
原料名称 投料量（公斤）
A组分
去离子水 10
异丙醇 8
BYK-P104（消泡剂） 0.2
钛白粉R-906（颜料） 3
黑粉 BLACK-1G（颜料） 3
滑石粉（填料） 6
氧化铝粉（填料） 6
绢云母粉（填料） 6
气相二氧化硅（增稠剂） 1.5
纳米钛粉 5
纳米二氧化硅 12
有机膨润土（增稠剂） 0.5
水性聚酯树脂 13
B组分
异丙醇 4
活性硅氧烷 20.4
Silwet L77（润湿剂） 1
BYK-P104（消泡剂） 0.4
表4实施例2水性环保合金地坪涂料性能
实施例3
一种水性环保纳米合金地坪涂料，其制备方法包括以下步骤：
（1）按表5所示比例配备原料；
（2）在分散釜中加入全部的去离子水、增稠剂，以及总量1/3的异丙醇，在400rpm的转速下搅拌30分钟，使物料混合均匀；
（3）加入全部的纳米二氧化硅、纳米钛粉、水溶性树脂，在600rpm的转速下再搅拌30分钟，使物料混合均匀；
（4）依次加入全部的颜料、填料，以及总量2/3的消泡剂，在500rpm转速下搅拌2小时，得到A组份；
（5）在另一分散釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇和消泡剂，在450rpm转速下搅拌50min，使物料混合均匀，得到B组份；
（6）将所得A组份和B组份混合，搅拌均匀，即得本发明水性环保纳米合金地坪涂料，其检测性能见表6。
表5实施例3原料配比
原料名称 投料量（公斤）
A组分
去离子水 12
异丙醇 3
BYK-P104（消泡剂） 0.4
钛白粉R-906（颜料） 4
黑粉 BLACK-1G（颜料） 1
滑石粉（填料） 3
氧化铝粉（填料） 3
绢云母粉（填料） 3
气相二氧化硅（增稠剂） 0.7
纳米钛粉 6
纳米二氧化硅 15
有机膨润土（增稠剂） 1.3
水溶性聚酯树脂 10
水溶性丙烯酸树脂 10
B组分
异丙醇 6
活性硅氧烷 20.2
Silwet L77（润湿剂） 1.2
BYK-P104（消泡剂） 0.2
表6实施例3水性环保合金地坪涂料性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水性环保纳米合金地坪涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：活性硅氧烷20～30份、纳米二氧化硅10～40份、水溶性树脂10～40份、纳米钛粉5～15份、去离子水10～30份、异丙醇1～15份、颜料5～30份、填料5～100份、润湿剂0.5～6份、消泡剂0.5～0.8份、增稠剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的水性环保纳米合金地坪涂料，其特征在于：所述活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、甲基三甲氧基硅氧烷、甲基三乙氧基硅氧烷中的至少一种；所述水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂和水溶性聚酯树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的水性环保纳米合金地坪涂料，其特征在于：所述润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂；所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述增稠剂为纤维素、气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的水性环保纳米合金地坪涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅的固含量不小于90wt%，所述纳米钛粉的固含量不小于98wt%，所述水溶性树脂的固含量为30～60wt%，所述活性硅氧烷的有效成份不小于95wt%。
5.根据权利要求1所述的水性环保纳米合金地坪涂料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：活性硅氧烷20.2～21份、纳米二氧化硅10～15份、水溶性树脂10～20份、纳米钛粉5～6份、去离子水10～15份、异丙醇9～15份、颜料5～6份、填料9～18份、润湿剂1～1.4份、消泡剂0.6份、增稠剂2份。
6.一种水性环保纳米合金地坪涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按权利要求1所述比例配备原料；
（2）在分散釜中加入全部的去离子水和增稠剂，以及1/3～2/3量的异丙醇，在400～500rpm的转速下搅拌15～30分钟，使物料混合均匀；
（3）加入全部的纳米二氧化硅、纳米钛粉和水溶性树脂，在600～700rpm的转速下再搅拌20～30分钟，使物料混合均匀；
（4）再依次加入全部的颜料、填料，以及1/3～2/3量的消泡剂，在500～600rpm转速下搅拌1.5～2小时，得到A组份；
（5）在另一分散釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇和消泡剂，在400～1000rpm转速下搅拌0.5～1小时，使物料混合均匀，得到B组份；
（6）将所得A组份和B组份混合，搅拌均匀，即得本发明水性环保纳米合金地坪涂料。
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