CN105885608B - 水性抗结冰涂料及其制备方法 - Google Patents

水性抗结冰涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水性抗结冰涂料，按总计100重量份计算，包括以下重量份的组分：水性树脂10～30重量份；固化剂2～4重量份；功能填料0～30重量份；助剂0.05～0.15重量份；助溶剂1～20重量份；水16～86重量份。与相关技术相比，本发明有益效果在于，抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著。

Description

水性抗结冰涂料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性抗结冰涂料及其制备方法。
【背景技术】
在交通运输、航空航天、热能交换、电力通信等诸多领域，结冰/霜给人类和社会带来非常大的危害和安全隐患。现有的抗结冰方法如机械除冰、加热除冰以及喷洒化学试剂等虽然有效，但是存在耗能大、环境污染和持久性差等问题。采用抗结冰功能涂层进行基材表面改性施工便捷、效果显著，其中牺牲性涂层、疏冰涂层和超疏水涂层更是成为研究热点。
相关技术中的抗结冰/霜主要采用超疏水表面处理的方式，如中国专利CN103013316A公开的一种超耐候耐磨防结冰风电叶片涂料及其制备方法是一种有机无机体系涂料，以氟碳树脂和聚酯树脂为成膜物，辅以纳米填料和分散剂制备的耐磨耐候防结冰风电叶片涂料，这些表面通过一定的表面形貌控制和低表面能物质相配合，可以达到抵抗外来污染或者污染物的易清洁，但采用疏水表面，无法持久满足抗结冰性能要求，多次使用后抗结冰效果衰减显著。中国专利CN103194130A公开了一种用丙烯酸树脂辅以无机填料制备的防覆冰涂料，需要借助风力或者重力等外力来除去冰层达到防结冰效果，仅能加速冰层快速脱离。但对于消除空调两器、冰箱/柜内胆等冷表面因环境水分凝华形成的结冰或和结霜无明显成效。因而，相关技术的抗结冰涂层存在抗结冰性能较差，持续抗结冰效果较弱的不足。
因此，实有必要提供一种新的水性抗结冰涂料及其制备方法来克服上述技术问题。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是提供一种抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著的水性抗结冰涂料及其制备方法。
本发明一种水性抗结冰涂料，按总计100重量份计算，包括以下重量份的组分：水性树脂10～30重量份；固化剂2～4重量份；功能填料0～30重量份；助剂0.05～0.15重量份；助溶剂1～20重量份；水16～86重量份，其中，所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为9：1～1：1，所述水性树脂为改性丙烯酸树脂、水溶性改性淀粉树脂、聚乙二醇及其衍生物、聚丙二醇及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧丙烯酸乳液中的至少一种，所述固化剂为含氮衍生物、多羟基醇、水溶性氨基树脂中的至少一种，所述功能填料可以是与树脂反应型的填料，也可以是非反应型的惰性填料，反应型的填料为硅酸钠、铝溶胶、硅溶胶、二氧化钛溶胶中的至少一种，非反应型的惰性填料为纳米二氧化硅、超细滑石粉、钛白粉、碳纳米管、氧化石墨烯中的至少一种，所述助剂为抗菌剂、水性流平剂、润湿剂、分散剂、流变剂、消泡剂、偶联剂中的至少一种。
优选的，所述水性树脂为水溶性改性淀粉树脂，由以下重量份的组分共聚而成：至少一种可溶性淀粉80～100重量份；至少一种含有一个双键的水溶性酸(盐)单体25～50重量份；至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体3～20重量份；含有一个双键的水溶性含氮单体20～50重量份；至少一种含有两个双键的水溶性交联单体5～10重量份；至少一种水溶性热引发剂5～10重量份；水80～120重量份。
优选的，所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为17：3～4：1。
优选的，所述含氮衍生物包括具有β-羟烷基酰胺结构式的物质。
优选的，所述多羟基醇包括聚合度为2-50的聚合甘油、三羟甲基丙烷及二聚体、季戊四醇及二聚体中的至少一种。
优选的，所述助剂为水性流平剂，所述水性流平剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐或硫酸盐、烷基二苯醚磺酸盐或硫酸盐、烷基苯磺酸盐或硫酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
优选的，所述水性流平剂为烷基二苯醚磺酸盐和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。
优选的，所述助溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一种。
本发明还提供了一种水性抗结冰涂料的制备方法，按总计100重量份计算，将10～30重量份的水溶性改性淀粉树脂、2～4重量份的固化剂、0～30重量份的功能填料、0.05～0.15重量份的助剂、1～20重量份的助溶剂以及16～86重量份的水依次加入到容器中，搅拌均匀，用pH调节剂将PH值调为9～12，连续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料。
优选的，还包括所述水溶性改性淀粉树脂的制备步骤：将80～100重量份的至少一种可溶性淀粉、25～50重量份的至少一种含有一个双键的水溶性酸(盐)单体、3～20重量份的至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体、20～50重量份的含有一个双键的水溶性含氮单体、5～10重量份的至少一种含有两个双键的水溶性交联单体以及80～120重量份的水混合，在50～80℃的温度环境下搅拌1小时，再用5～10重量份的至少一种水溶性热引发剂滴加2小时，保温1～10小时得到所述水性改性淀粉树脂。
与相关技术相比，本发明的有益效果在于，抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著。而且，在环境温度-5～-10℃，相对湿度30～85％的条件下，基材表面温度为0～-15℃情况下，能有效延缓和抵抗表面结冰/霜。尤其是应用于铝箔时可以解决冬季暖房工作过程中空调室外机散热器铝翅片结冰/霜的难题。采用无机有机杂化体系，涂层具有良好的机械性能，能够满足空调铝箔后道加工的需要。具有良好的基材附着力，满足涂层长效性需求。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本发明一种水性抗结冰涂料，按总计100重量份计算，包括以下重量份的组分：水性树脂10～30重量份；固化剂2～4重量份；功能填料0～30重量份；助剂0.05～0.15重量份；助溶剂1～20重量份；水16～86重量份，其中，所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为9：1～1：1，所述水性树脂为改性丙烯酸树脂、水溶性改性淀粉树脂、聚乙二醇及其衍生物、聚丙二醇及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧丙烯酸乳液中的至少一种，所述固化剂为含氮衍生物、多羟基醇、水溶性氨基树脂中的至少一种，所述功能填料可以是与树脂反应型的填料，也可以是非反应型的惰性填料，反应型的填料为硅酸钠、铝溶胶、硅溶胶、二氧化钛溶胶中的至少一种，非反应型的惰性填料为纳米二氧化硅、超细滑石粉、钛白粉、碳纳米管、氧化石墨烯中的至少一种，所述助剂为抗菌剂、水性流平剂、润湿剂、分散剂、流变剂、消泡剂、偶联剂中的至少一种。
本发明提供的水性抗结冰涂料是水性有机无机杂化抗结冰涂料，抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著。而且，在环境温度-5～-10℃，相对湿度30～85％的条件下，基材表面温度为0～-15℃情况下，能有效延缓和抵抗表面结冰/霜。尤其是应用于铝箔时可以解决冬季暖房工作过程中空调室外机散热器铝翅片结冰/霜的难题。采用无机有机杂化体系，涂层具有良好的机械性能，能够满足空调铝箔后道加工的需要。具有良好的基材附着力，满足涂层长效性需求。
本实施方式中，所述水性树脂为水溶性改性淀粉树脂，由以下重量份的组分共聚而成：至少一种可溶性淀粉80～100重量份；至少一种含有一个双键的水溶性酸(盐)单体25～50重量份；至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体3～20重量份；含有一个双键的水溶性含氮单体20～50重量份；至少一种含有两个双键的水溶性交联单体5～10重量份；至少一种水溶性热引发剂5～10重量份；水80～120重量份。
本实施方式中，所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为17：3～4：1。
本实施方式中，所述含氮衍生物包括具有β-羟烷基酰胺结构式的物质。
本实施方式中，所述多羟基醇包括聚合度为2-50的聚合甘油、三羟甲基丙烷及二聚体、季戊四醇及二聚体中的至少一种。
本实施方式中，所述助剂为水性流平剂，所述水性流平剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐或硫酸盐、烷基二苯醚磺酸盐或硫酸盐、烷基苯磺酸盐或硫酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
本实施方式中，所述水性流平剂为烷基二苯醚磺酸盐和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。
本实施方式中，所述助溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一种。
本发明还提供了一种水性抗结冰涂料的制备方法，按总计100重量份计算，将10～30重量份的水溶性改性淀粉树脂、2～4重量份的固化剂、0～30重量份的功能填料、0.05～0.15重量份的助剂、1～20重量份的助溶剂以及16～86重量份的水依次加入到容器中，搅拌均匀，用pH调节剂将PH值调为9～12，连续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料。
所述水性抗结冰涂料的制备方法还包括所述水溶性改性淀粉树脂的制备步骤：将80～100重量份的至少一种可溶性淀粉、25～50重量份的至少一种含有一个双键的水溶性酸(盐)单体、3～20重量份的至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体、20～50重量份的含有一个双键的水溶性含氮单体、5～10重量份的至少一种含有两个双键的水溶性交联单体以及80～120重量份的水混合，在50～80℃的温度环境下搅拌1小时，再用5～10重量份的至少一种水溶性热引发剂滴加2小时，保温1～10小时得到所述水性改性淀粉树脂。
所述水性抗结冰涂料的制备方法简单、高效，制备得到的水性抗结冰涂料为有机无机杂化涂料，抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著。
以下为具体实施例
实施例一
水溶性改性淀粉树脂由以下重量份的组分组成：
N,N二甲基双丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉80重量份、丙烯酸25重量份、过硫酸铵5重量份、水80重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
水溶性改性淀粉树脂的制备方法：
将10重量份的N,N二甲基双丙烯酰胺、20重量份的丙烯酰胺、80重量份的水溶性淀粉、25重量份的丙烯酸、80重量份的水加入到容器中，在温度50℃的环境下搅拌1h，用5重量份的过硫酸铵滴加2h，随后保温10h得水溶性改性淀粉树脂。
水性抗结冰涂料包括以下重量份的组分：
水溶性改性淀粉树脂22.5重量份、聚合度为2-50的聚合甘油3重量份、硅酸钠30重量份、水性流平剂0.1重量份、甲醇15重量份、水29.4重量份。
水性抗结冰涂料的制备方法：
将22.5重量份的水溶性改性淀粉树脂、3重量份的聚合度为2-50的聚合甘油、30重量份的硅酸钠、0.1重量份的水性流平剂、15重量份的甲醇、29.4重量份的水依次加入到容器中，搅拌均匀，然后用1.8重量份的PH调节剂将pH值调为10.8，持续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料。所得涂料达到如下质量要求：外观为白色半透明粘稠液体；固含量为12.5％，粘度(涂-4杯)为13.3s。
水性抗结冰涂料在铝箔的应用：
采用辊涂，将制备的水性抗结冰涂料涂覆于经过钝化处理的铝箔表面上，在金属板温为210℃时固化20s即得到具有抗结冰功能的亲水铝箔。
实施例二
水溶性改性淀粉树脂由以下重量份的组分组成：
羟甲基丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉80重量份、丙烯酸25重量份、过硫酸铵5重量份、水80重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
水溶性改性淀粉树脂的制备方法：
将10重量份的羟甲基丙烯酰胺、20重量份的丙烯酰胺、80重量份的水溶性淀粉、25重量份的丙烯酸、80重量份的水加入到容器中，在温度50℃的环境下搅拌1h，用5重量份的过硫酸铵滴加2h，随后保温10h得水溶性改性淀粉树脂。
水性抗结冰涂料包括以下重量份的组分：
水溶性改性淀粉树脂25重量份、三羟甲基丙烷3重量份、纳米二氧化硅30重量份、消泡剂0.1重量份、乙二醇甲醚15重量份、水29.4重量份。
水性抗结冰涂料的制备方法：
将水溶性改性淀粉树脂25重量份、三羟甲基丙烷3重量份、纳米二氧化硅30重量份、消泡剂0.1重量份、乙二醇甲醚15重量份、水29.4重量份依次加入到容器中，搅拌均匀，然后用1.8重量份的PH调节剂将pH值调为9，持续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料。所得涂料达到如下质量要求：外观为白色半透明粘稠液体；固含量为16％，粘度(涂-4杯)为25s。
水性抗结冰涂料在铝箔的应用：
采用浸涂，将制备的水性抗结冰涂料涂覆于经过钝化处理的铝箔表面上，在金属板温为300℃时固化5s即得到具有抗结冰功能的亲水铝箔。
实施例三
水溶性改性淀粉树脂由以下重量份的组分组成：
N,N二甲基双丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉90重量份、丙烯酸25重量份、过硫酸铵5重量份、水100重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
水溶性改性淀粉树脂的制备方法：
将N,N二甲基双丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉90重量份、丙烯酸25重量份、水100重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份加入到容器中，在温度70℃的环境下搅拌1h，用5重量份的过硫酸铵滴加2h，随后保温8h得水溶性改性淀粉树脂。
水性抗结冰涂料包括以下重量份的组分：
水溶性改性淀粉树脂30重量份、季戊四醇4重量份、钛白粉28重量份、水性流平剂0.15重量份、乙二醇丁醚10重量份、水27.85重量份。
水性抗结冰涂料的制备方法：
将水溶性改性淀粉树脂30重量份、季戊四醇4重量份、钛白粉28重量份、水性流平剂0.15重量份、乙二醇丁醚10重量份、水27.85重量份依次加入到容器中，搅拌均匀，然后用1.8重量份的PH调节剂将pH值调为11.5，持续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料。所得涂料达到如下质量要求：外观为白色半透明粘稠液体；固含量为15％，粘度(涂-4杯)为30s。
水性抗结冰涂料在铝箔的应用：
采用辊涂，将制备的水性抗结冰涂料涂覆于经过钝化处理的铝箔表面上，在金属板温为150℃时固化40s即得到具有抗结冰功能的亲水铝箔。
以下为应用本申请水性抗结冰涂料的铝箔与普通亲水铝箔以及市售疏水抗结冰涂料铝泊的性能对比：
温度-25～-20℃、湿度79％检测环境下：
时间 普通亲水铝箔 水性抗结冰涂料铝箔
1min 形成冰层 形成水层
30min 冰层显著加厚 水层无明显变化
60min 冰层持续加厚 水层无明显变化
温度-15～-10℃、湿度79％检测环境下：
时间 普通亲水铝箔 水性抗结冰涂料铝箔
5min 形成冰层 形成水层
30min 冰层显著加厚 水层无明显变化
60min 冰层持续加厚 水层无明显变化
温度-25～-20℃、湿度79％检测环境下：
温度-15～-10℃、湿度79％检测环境下：
温度-25～-20℃、湿度79％检测环境下：
温度-15～-10℃、湿度79％检测环境下：
与相关技术相比，本发明的主要有益效果在于，抗结冰性能强，持续抗结冰效果显著。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水性抗结冰涂料，其特征在于，按总计100重量份计算，包括以下重量份的组分：
其中，所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为9：1～1：1，
所述水性树脂为改性丙烯酸树脂、水溶性改性淀粉树脂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧丙烯酸乳液中的至少一种，
所述固化剂为含氮衍生物、多羟基醇、水溶性氨基树脂中的至少一种，
所述功能填料为硅酸钠、铝溶胶、硅溶胶、二氧化钛溶胶中的至少一种，或纳米二氧化硅、超细滑石粉、钛白粉、碳纳米管、氧化石墨烯中的至少一种，
所述助剂为抗菌剂、水性流平剂、润湿剂、分散剂、流变剂、消泡剂、偶联剂中的至少一种；
所述水性树脂为水溶性改性淀粉树脂，由以下重量份的组分共聚而成：
所述固化剂与所述水性树脂的固含量比值为17：3～4：1；
所述含氮衍生物包括具有β-羟烷基酰胺结构式的物质；
所述多羟基醇包括聚合度为2-50的聚合甘油、三羟甲基丙烷及二聚体、季戊四醇及二聚体中的至少一种；
所述助剂为水性流平剂，所述水性流平剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐或硫酸盐、烷基二苯醚磺酸盐或硫酸盐、烷基苯磺酸盐或硫酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的水性抗结冰涂料，其特征在于，所述水性流平剂为烷基二苯醚磺酸盐和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。
3.根据权利要求1所述的水性抗结冰涂料，其特征在于，所述助溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一种。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的水性抗结冰涂料的制备方法，其特征在于，按总计100重量份计算，将10～30重量份的水溶性改性淀粉树脂、2～4重量份的固化剂、0～30重量份的功能填料、0.05～0.15重量份的助剂、1～20重量份的助溶剂以及16～86重量份的水依次加入到容器中，搅拌均匀，用pH调节剂将PH值调为9～12，连续搅拌1.5小时以上，得到水性抗结冰涂料；所述的水性抗结冰涂料的制备方法还包括所述水溶性改性淀粉树脂的制备步骤：将80～100重量份的至少一种可溶性淀粉、25～50重量份的至少一种含有一个双键的水溶性酸(盐)单体、3～20重量份的至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体、20～50重量份的含有一个双键的水溶性含氮单体、5～10重量份的至少一种含有两个双键的水溶性交联单体以及80～120重量份的水混合，在50～80℃的温度环境下搅拌1小时，再用5～10重量份的至少一种水溶性热引发剂滴加2小时，保温1～10小时得到所述水性改性淀粉树脂。
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