CN107459904A

CN107459904A - 一种高强纳米涂料

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Publication number: CN107459904A
Application number: CN201710925375.2A
Authority: CN
Inventors: 李江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2017-12-12

Abstract

本发明涉及一种涂料，具体是一种高强纳米涂料。进一步提高涂料的机械性、防腐性和耐久性，提供了一种高强纳米涂料。一是由下列质量比物质制成：成膜剂55‑65份，溶剂13‑16份，成膜助剂1‑2份，分散剂0.8‑1.1份，消泡剂0.1‑0.3份，润湿剂0.1‑0.3份，填料6‑9份（其中，粒径为1000‑110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160‑180nm的金属颗粒质量占比25%,70‑90nm的金属颗粒占比5%，所述的金属为铝、银、锌、铂），流平剂0.05‑0.15份，增稠剂0.1‑0.2份，流变助剂0.05‑0.15份，可以较好地形成一种沉积膜，起到良好的屏蔽效果，提高成膜的机械性能，抗腐蚀性能。

Description

一种高强纳米涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料，具体是一种高强纳米涂料。

背景技术

自改革开放以来，随着中国国民经济的快速增长，人们生活水平的不断提高，涂料产量和涂料用量正以较快的速度增长。目前成为世界第二大涂料消费国。进入21世纪，随着工业的发展，随着全球气候的变化和资源、能源的日趋紧张，环保越来越受到关注，世界各国相继制定了严格的环保法规政策，鼓励和推广使用绿色环保、节能材料的新品种。

涂料向环保、功能化、节能、高效等方向发展是必然趋势。目前，水性涂料是涂料的主力军，污染小，目前占世界涂料市场总量的48%以上。有报道称：德国汽车底涂100%水性化，中涂70%水性化，面漆60%水性化。“十一五”期间，我国水性涂料从2005年的139.13万吨,增至2009年的水性涂料276万吨，而涂料生产和消耗总量居世界第一。“十二五”我国涂料行业的目标是：发展高性能低污染的涂料和染料，减少污染物的排放，由世界涂料大国向世界涂料强国迈进。

水性涂料的品种按分散形态区分主要有：水溶性涂料、乳化分散型水性涂料。它们的分散机理有所不同,产品的性能也有较大的差异，但不管何种类型,它们均以水作为溶解介质或分散介质。按水性涂料产品的主要成膜物质来看,现已有丙烯酸类、乙烯类、聚氨醋类、环氧类、氨基类、元素有机树脂类、无机类等多个大类的涂料产品工业化生产与应用。虽然，目前国内外水性涂料发展飞速，但还有些问题需要解决。如：我们通常在涂料中添加鳞片制成鳞片防腐涂料，具体是以各种金属或非金属鳞片骨料和各种高性能耐腐蚀树脂及相应助剂组成的厚浆型重防腐涂料。由于鳞片涂料的多层片状结构，可以形成平行叠加的错层厚膜，产生特殊的“迷宫”效应，不仅把涂层分割成许多小空间而降低涂层的收缩应力和膨胀系数，而且迫使介质迂回渗入，从而延缓了腐蚀介质扩散和侵入基体的途径和时间，因而理论上具有极佳的抗渗透性、抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性，延长了涂层的使用寿命。

在涂料层中，鳞片状金属理论上应该形成如图1所示意的结构，

但是在实际使用中发现，这种填料的优越性并没有想象中的神奇，我们研究后认为，涂料中鳞片填料在涂料制备中，受到溶剂，分散剂等影响，其存在状态是随机的，其方向是随机的，最后的排列也是杂乱无章的，我们又不可能像砌砖一样把它们排列整齐。

实际效果应该是如图2所示意的结构。

佐证是，我们通过电子显微镜观察片状云母颗粒的堆积照片（图3），也会发现，其颗粒的排列是十分随机的，很难形成理想的，层层叠加的效果。

因此，我们对这种鳞片状填料进行研究，试图找出替代物。

发明内容

本发明为了进一步提高涂料的机械性、防腐性和耐久性，提供了一种高强纳米涂料。

本发明的技术方案是，一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：

成膜剂55-65份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65；这是成膜的主要基料，决定了漆膜的主要功能, 使用该比例组合物可形成高附着力和高防湿，防水性能的树脂。

溶剂13-16份：蒸馏水，

成膜助剂1-2份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，

分散剂0.8-1.1份为聚乙烯醇、明胶、甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种，促进颜填料在漆液中的分散。

消泡剂0.1-0.3份为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷其中任意一种，能抑制生产过秳中漆液中产生的气泡并能使已产生的气泡逸出液面并破泡。

润湿剂0.1-0.3份为二甲基亚砜、磷酸烷基酯、十二烷基二甲基胺乙内酯中的任意一种，提高漆液对底材的润湿性能，改进流平性，增加漆膜对底材的附着力，

填料6-9份（其中，粒径为1000-110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160-180nm的金属颗粒质量占比25%,70-90nm的金属颗粒占比5%，所述的金属为铝、银、锌、铂），

流平剂0.05-0.15份为磷酸烷基酯、羧甲基纤维素、氟碳聚合物、聚硅氧烷中的一种，改善漆的表面性能，形成平整的、光洁的涂层。

增稠剂0.1-0.2份，为海藻酸钠、琼胶中的任意一种，增加漆液的黏度，提高一次涂装的湿膜厚度，并有防填料沉淀和防分层的作用。

流变助剂0.05-0.15份，选取水性聚氨酯类，对漆料提供良好流动性和流平性，减少涂装过过程中流动性不均匀的问题。

制备方法：

在带有搅拌器的反应釜内依次投入成膜剂、一半的蒸馏水，开机 400-600 转/分钟，搅拌10 -15分钟，在 400-600 转/分钟速度状态下再加入成膜助剂搅拌10-15 分钟，再加入和消泡剂，湿润剂、流平剂、，在 800-1000 转/分钟速度搅拌均匀 8-10 分钟，再加入填料、分散剂，在 1200-1500 转/分钟高速搅拌均匀 20 分钟，再加入流平剂，增稠剂、和另一半的蒸馏水，在 600-800 转/分钟速度搅拌均匀 5 分钟，制备完毕。

按照传统理论，这种球状粒子填料之间的空间较多，因此起不到良好的密闭效果。我们分析后认为，这是因为颗粒的粒径基本趋同，导致粒子之间的空隙无法被填补。如果我们按照一定比例，在等体积球之间的空间内，再填入小体积的颗粒，则其空隙度会极大降低，形成比较完整的密封层。而且具有的优点是，颗粒都是球体结构，绝对不会出现鳞片状颗粒之间的互相对立，交叉搭接的状况，任何方向都有均匀性。

通过理论计算，粒径为r的一级颗粒之间，需要不超过r/6尺寸的二级颗粒进行充填，在二级颗粒和一级颗粒之间又形成的空间内，需要由不超过r/12的三级颗粒进行充填，通过三级颗粒之间充填，基本上可以形成一种通透性很低的保持层。实际上有两级纳米颗粒即可形成密闭性良好的沉积层。

因此本发明的创新点在于使用了纳米金属颗粒作为填料，不同粒径的纳米颗粒之间互相镶嵌，特别是小直径的纳米颗粒能够完全充填到大直径纳米颗粒之间，而且球状金属颗粒之间没有方向性，所以其排列是均匀的，之间的空隙也是可控的。小直径填料进入到空隙中后，可以较好地形成一种沉积膜，起到良好的屏蔽效果，提高成膜的机械性能，抗腐蚀性能。

附图说明

图1为现有涂料内部的填料的理论分布图

图2为现有涂料内部填料的实际分布图

图3为鳞片状填料的实际状态图

图4为本发明涂料中纳米填料的分布图

图5为本发明涂料填料分布电镜照片。

具体实施方式

实施例1、一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：成膜剂60份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35%，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65%；溶剂蒸馏水13-16份：成膜助剂1.5份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，

分散剂1.0份为聚乙烯醇，消泡剂0.2份为乳化硅油，润湿剂0.2份为二甲基亚砜、填料7份（其中，粒径为1000-110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160-180nm的金属颗粒质量占比25%,70-90nm的金属颗粒占比5%，，所述的金属为锌），流平剂0.1份为磷酸烷基酯；增稠剂0.15份为海藻酸钠；流变助剂0.1份，选取水性聚氨酯类，

制备方法：

涂料性能测试表1

实施例2、一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：成膜剂55份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35%，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65%；溶剂蒸馏水13-16份：

成膜助剂1份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，

分散剂0.8份为明胶，消泡剂0.1份为高碳醇脂肪酸酯复合物；

润湿剂0.1份为磷酸烷基酯；

填料6份（其中，粒径为1000-110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160-180nm的金属颗粒质量占比25%,70-90nm的金属颗粒占比5%，，所述的金属为铝），

流平剂0.05份为聚硅氧烷中；增稠剂0.1份为琼胶；流变助剂选取水性聚氨酯类0.05份，

制备方法：

在带有搅拌器的反应釜内依次投入成膜剂、一半的蒸馏水，开机 400-600 转/分钟，搅拌10-15分钟，在 400-600 转/分钟速度状态下再加入成膜助剂搅拌10-15 分钟，再加入和消泡剂，湿润剂、流平剂、，在 800-1000 转/分钟速度搅拌均匀 8-10 分钟，再加入填料、分散剂，在 1200-1500 转/分钟高速搅拌均匀 20 分钟，再加入流平剂，增稠剂、和另一半的蒸馏水，在 600-800 转/分钟速度搅拌均匀 5 分钟，制备完毕。

涂料性能测试表2

实施例3、一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：成膜剂65份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35%，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65%；溶剂蒸馏水13-16份：

成膜助剂2份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，

分散剂1.1份为聚乙烯醇，消泡剂0.3份为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、润湿剂0.3份为十二烷基二甲基胺乙内酯中，

填料9份（其中，粒径为1000-110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160-180nm的金属颗粒质量占比25%,70-90nm的金属颗粒占比5%，，所述的金属为铂），

流平剂0.15份为氟碳聚合物；增稠剂0.2份为海藻酸钠；流变助剂0.15份，选取水性聚氨酯类，

制备方法：

涂料性能测试表3

对比例1、一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：成膜剂60份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35%，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65%；溶剂蒸馏水13-16份：成膜助剂1.5份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，

分散剂1.0份为聚乙烯醇，消泡剂0.2份为乳化硅油，润湿剂0.2份为二甲基亚砜、填料7份（所述的填料为鳞片金属锌粉，最大对角线≤1.5μm，厚度≤1μm），流平剂0.1份为磷酸烷基酯；增稠剂0.15份为海藻酸钠；流变助剂0.1份，选取水性聚氨酯类，

制备方法：

涂料性能测试表4

Claims

1.一种高强纳米涂料，其特征是：由下列质量比物质制成：

成膜剂55-65份，其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65；溶剂13-16份，蒸馏水；

成膜助剂1-2份，包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%；

分散剂0.8-1.1份为聚乙烯醇、明胶、甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种；

消泡剂0.1-0.3份为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷其中任意一种；

润湿剂0.1-0.3份为二甲基亚砜、磷酸烷基酯、十二烷基二甲基胺乙内酯中的任意一种；

流平剂0.05-0.15份为磷酸烷基酯、羧甲基纤维素、氟碳聚合物、聚硅氧烷中的一种；

增稠剂0.1-0.2份，为海藻酸钠、琼胶中的任意一种；

流变助剂0.05-0.15份，选取水性聚氨酯类。

2.根据权利要求1所述的高强纳米涂料，其特征是：制备方法为，

3.根据权利要求1所述的一种高强纳米涂料，是由下列质量比物质制成：成膜剂60份：其中丙烯酸2-羟基丙酯质量占比35%，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯质量占比65%；溶剂蒸馏水13-16份：成膜助剂1.5份：包括乙二醇丁醚质量比20%、丙二醇丁醚质量比20%以及 N-甲基吡咯烷酮60%，分散剂1.0份为聚乙烯醇，消泡剂0.2份为乳化硅油，润湿剂0.2份为二甲基亚砜、填料7份（其中，粒径为1000-110nm的金属纳米颗粒质量占比70%，粒径为160-180nm的金属颗粒质量占比25%,70-90nm的金属颗粒占比5%，所述的金属为锌），流平剂0.1份为磷酸烷基酯；增稠剂0.15份为海藻酸钠；流变助剂0.1份，选取水性聚氨酯类。