CN108219664A - 一种上人屋面耐磨防滑涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种上人屋面耐磨防滑涂料及其制备方法，所述涂料包括水性乳液、多种粉体、消泡剂、润湿剂、增稠剂、成膜助剂、以及任选的杀菌剂和防霉剂，和余量的水。本发明提供的涂料磨损小，抗滑性强；涂层内聚力强、防滑粒料不脱落；施工周期短、依次成型；符合环保指标、低VOC性能。

Description

一种上人屋面耐磨防滑涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种上人屋面耐磨防滑涂料及其制备方法，其主要用于建筑物上人屋面，提高上人屋面的耐磨性能和防滑性能。

背景技术

近年来，耐磨防滑涂料在人行天桥、体育场、舰船甲板、离岸平台、水上浮桥上需求量很大，耐磨防滑涂料的作用是改变被涂基层的摩擦性，形成高摩擦系数的防滑面以减少人员的伤亡和财产损失。耐磨防滑涂层最显著的性能包括高摩擦系数、优异耐磨性能。耐磨防滑涂料目前最成功的应用是在航空母舰和舰船甲板上。

国内普通涂料一般采用的撒砂做防滑涂层，相对于上述涂料，本专利设计制备的涂料是可以辊涂型防滑涂层具有对人员和设备的磨损小、涂层内聚力强、防滑粒料不脱落、耐久性高、施工周期短、一次成型和低VOC等优点。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种上人屋面耐磨防滑涂料及其制备方法，所提供的耐磨防滑涂料磨损小，抗滑性强；涂层内聚力强、防滑粒料不脱落；施工周期短、依次成型；符合环保指标、具有低VOC性能，从而完成了本发明。

根据本发明，提供一种上人屋面耐磨防滑涂料，包括如下质量份数的成分：

本发明提供的耐磨防滑涂料的主要成分之一为乳液,且为单组分水性涂料,优于现有双组份的耐磨产品性能，同时提供了一种简便的施工方式。

根据本发明，所述水性丙烯酸乳液优选为水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液，其具有核壳的分子结构，最终的乳液具有一定的内聚力，从而可以防止粒料脱落，并且使涂料具有一定硬度的同时兼具了一定弹性。

用于本发明的丙烯酸乳液可以是市售商品，例如牌号为陶氏化学的AS8349，但优选进行自制，首先形成聚氨酯，然后对其进行扩链反应，最后加入丙烯酸单体或单体混合物，引发聚合后最终形成水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液，即可直接使用，具体例如可以按下文实施例A所述方法进行制备。

本发明中采用的消泡剂一方面可以消除体系已有气泡，另一方面能够抑制后期乳液加入过程中以及搅拌过程中再次产生气泡。

根据本发明，所述消泡剂可以为金属皂类，可以自制，也可以使用市售产品，例如采用牌号为索尔的SIN02，

本发明中采用的成膜助剂，涂料涂覆后待水分挥发掉，该成膜助剂能够软化乳胶颗粒，慢慢挥发，致使乳胶链有效堆积，从而成膜。

根据本发明，所述成膜助剂可以为多元醇烷基醚，优选为二丙二醇丁醚。可以自制，也可以使用市售产品，例如采用陶氏化学生产的二丙二醇丁醚。

本发明提供的耐磨防滑涂料的另一主要成分为粉体，其用于提高漆膜的硬度，提高漆膜的耐磨性能。

本发明使用粉体包括二氧化硅粉体，尤其是纳米二氧化硅粉体。其优选按照如下方法进行制备：选择基板(例如丙B木质纤维)，合适的硅源如四乙氧基硅烷作为前躯体，利用溶胶-凝胶的方法，在任选的添加剂存在下制备纳米S iO₂粉体，尺寸均匀，介于20nm至800nm之间，例如为50-500nm，优选80-400nm，例如90-350nm。

本发明提供的耐磨防滑涂料中，还包括质量份数为3-10份，优选5-7份的二氧化钛粉体。

二氧化钛粉体为本发明使用的另一种粉体，尤其是金红石型二氧化钛粉体。该二氧化钛粉体可具有良好的超疏水性，接触角可达150°以上,优选达到160°以上，同时还可提高漆膜的硬度，进一步提高漆膜的耐磨性能。

所述二氧化钛粉体可采用溶胶-凝胶法进行制备，其中，以四氯化钛作为钛源，以无水乙醇与盐酸(36-38％)为溶剂或溶液体系，在制备过程中如果经过辛基三甲基硅烷修饰，则可获得表面修饰的二氧化钛粉体，尺寸均匀，介于2nm至80nm之间，例如为5-50nm，优选8-40nm，例如12-30nm。

本发明提供的耐磨防滑涂料中，还包括如下质量份数的粉体：

325目白刚玉粉体 3-8份，优选4-6份，

80-120目白刚玉粉体 8-15份，优选10-13份，

无机钙粉体 10-30份，优选15-20份。

根据本发明，所述的白刚玉粉体主要是用于提高漆膜的抗滑性，减少人员损伤和财务支出。

本发明采用两种不同粒度的白刚玉粉体，其中325目白刚玉粉体更为细小，使用量占三分之一左右，而80-120目白刚玉粉体占绝大多数，由于粒度较为粗大，因此更优选粒型为无规则圆头粒，这有利于漆膜包裹，如果选择尖头，则会破坏漆膜。

根据本发明，所述的无机钙粉体优选为重钙粉体，即，用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得，由于它的沉降体积(1.1-1.9mL/g)比用化学方法生产的轻质碳酸钙沉降体积(2.4-2.8mL/g))小，因此被称为重钙(重质碳酸钙)，本发明优选使用800目的重钙粉体。

本发明使用的去离子水作为分散液，能够代替有机溶剂，使产品的污染性降低，同时具有降低VOC的作用。

本发明提供的耐磨防滑涂料中，还包括质量份数为0.05-2份，优选0.1-0.5份的润湿剂。

本发明中采用的润湿剂，降低去离子水的表面张力，有助于乳液、粉料、助剂均匀的分散于去离子水体系中。

根据本发明，所述润湿剂可以为有机类分散剂，相对于无机小分子分散剂，储存过程中的分散稳定性较高。

本发明采用的润湿剂优选为聚羧酸钠盐，可以自制，也可以使用市售产品，例如采用牌号为法国宝时的DP270。

本发明提供的耐磨防滑涂料中，还包括以下质量份数的成分：

增稠剂，0.04-2份，优选0.6-1.2份；和/或

杀菌剂，0.2-2.0份，优选0.5-1.0份；和/或

防霉剂，0.2-2.0份，优选0.5-1.0份。

本发明中采用的增稠剂，可以对水性乳液进行疏水改性，增加体系一定的粘度，并且在施工过程中使涂料具有一定的流平性，使得干燥的漆膜均一。

根据本发明，所述增稠剂可以自制，也可以使用市售产品，例如使用海名斯的RHEOLATE 150。

本发明中，所述增稠剂优选不一次使用，即分多次加入。

例如，当在搅拌器中加入去离子水、消泡剂和润湿剂之后，持续搅拌，然后依次加入325目白刚玉粉体、纳米二氧化硅粉体、800目重钙粉以及一半左右的增稠剂，即0.02-1份，优选0.3-0.6份，例如1/2份的增稠剂，并持续搅拌；

随后，依次加入水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液、杀菌剂、防霉剂、成膜助剂2份以及剩余的，即另一半左右，约0.02-1份，优选0.3-0.6份，例如1/2份的增稠剂，并持续搅拌。

本发明中，采用杀菌剂是为了消除体系内已有的菌落，采用防霉剂是为了有效防止干燥的漆膜滋生霉菌。可以采用牌号为索尔的DB20和HF，它们的主要成份为n-辛基-异噻唑啉酮。

根据本发明，还提供上述上人屋面耐磨防滑涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂和任选的润湿剂。

在此过程中可以进行搅拌，例如以200-1000转/分钟，优选400-800转/分钟，例如600转/分钟进行搅拌，可持续数分钟至数小时，优选5分钟至30分钟，例如10分钟。

步骤1的目的是降低去离子水的表面张力，有助于各成分的分散，同时形成抑泡体系。

步骤2，依次加入325目白刚玉粉体、纳米二氧化硅粉体、800目重钙粉、二氧化钛粉体和一部分增稠剂。

在此过程中可以进行搅拌，例如以400-2000转/分钟，优选600-1600转/分钟，例如1200转/分钟进行搅拌，可持续数分钟至数小时，优选10分钟至60分钟，例如持续搅拌30分钟。

然后进行研磨，使体系的细度达到40微米以下，成为均一体系。

根据本发明，在此过程中或在此过程之前并不加入乳液，否则粉料颗粒会被乳液颗粒包裹，因而不能达到均一状态，并且还会发生沉降。

步骤3，依次加入水性乳液、任选的杀菌剂和防霉剂，以及成膜助剂，和剩余的增稠剂。

在此过程中可以进行搅拌，例如以500-2000转/分钟，优选600-1000转/分钟，例如800转/分钟进行搅拌。在搅拌过程中缓慢加入剩余的，即另一半左右，约0.02-1份，优选0.3-0.6份，例如1/2份的增稠剂。

步骤3中，持续进行搅拌，例如持续搅拌10分钟至1小时，优选搅拌20-40分钟，更优选搅拌30分钟，使均一体系的涂料成为具有一定储存粘度的混合液体。

步骤4，加入80-120目白刚玉，并进行搅拌，例如持续搅拌10分钟至1小时，优选搅拌20-40分钟，更优选搅拌30分钟。

根据本发明，最后获得分散均匀、粘度稳定的涂料，即可进行过滤和/或灌装。

本发明提供的优选的制备方法中，

首先，按照质量分数：先将余量的去离子水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂0.1-0.5份、润湿剂0.1-0.5份，600转/分钟,持续搅拌10分钟,降低去离子水的表面张力，同时形成抑泡体系；

再次，依次加入325目白刚玉粉体4-6份、纳米二氧化硅粉体3-5份、800目重钙粉15-20份、1/2份增稠剂，1200转/分钟，持续搅拌30分钟，研磨使体系的细度达到40微米以下的均一体系，如果先加入乳液，粉料颗粒会被乳液颗粒包裹不能达到均一状态且会沉降；

其次，依次加入水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液35-40份、杀菌剂0.5-1.0份、防霉剂0.5-1.0份、成膜助剂2-4份，加入1/2份增稠剂，800转/分钟，持续搅拌30分钟，使均一体系的涂料具有一定储存粘度的混合液体；

最后，加入80-120目白刚玉12-16份，搅拌30分钟至分散均匀、粘度稳定，即可灌装。

按照本发明方法制备的耐磨防滑涂料具有以下有益的技术效果：

1)磨损小，抗滑性强，根据GB/T 1768-2006对其耐磨性测定，摩擦系数大于1.10,根据DB11/T 512-2007对其抗滑性测定，抗滑性大于50；

2)涂层内聚力强、防滑粒料不脱落；

3)施工周期短、依次成型；

4)符合环保指标、低VOC性能。

附图说明

图1为实施例A制得的改性丙烯酸乳液的红外光谱图。

图2为实施例B制得的纳米二氧化硅粉体的SEM电镜图。

图3为实施例C制得的二氧化钛材料的TEM电镜图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

实施例A：制备水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液

准备聚丙二醇(M_n＝2000)、丙酮、甲苯-2，4-二异氰酸酯、二丁基二月桂酸锡、一缩二乙二醇、三羟基甲基丙烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、偶氮二异丁腈等原料。

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中加入聚丙二醇、丙酮，升温至85℃，加入作为改性剂的甲苯-2，4-二异氰酸酯以及作为催化剂的二丁基二月桂酸锡，反应2h，降温至70℃，加入一缩二乙二醇、三羟基甲基丙烷丙酮溶液进行扩链，反应3h；

然后加入单体甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等降低粘度，在70-75℃下，滴加单体量的1％的引发剂偶氮二异丁腈的丙酮溶液，引发聚合，期间加入少量丙酮调节粘度，反应3h，保温30min,再升温至85℃，反应30min，使反应完全，降温后加入氨水、去离子水高速分散，得到乳液，其红外光谱图如图1所示，其中，上面为聚氨酯(PU)的谱线，下面为聚氨酯改性的丙烯酸(WPUCA)的谱线。用于以下实施例2-3。

实施例B：制备纳米二氧化硅粉体

以丙B木质纤维、四乙氧基硅烷、乙醇和盐酸(36-38％)原料，其中，四乙氧基硅烷：EtOH：丙B木质纤维：HCl的摩尔比例＝1:25:10:0.002,

先将无水乙醇与丙B木质纤维加入反应器中；随后加入四乙氧基硅烷，形成溶液，滴加定量盐酸溶液，搅拌2h；最后放入恒温干燥箱中，制备干凝胶。

将干凝胶放入马弗炉中，以1℃/min的升温速率，升温至450℃，去除有机溶剂，晶体生长，最终制得二氧化硅粉体，其SEM电镜图如图2所示，其尺寸分布均匀，为300-500nm,可见，最终产品为纳米SiO2粉体，用于以下实施例1-3。

实施例C：制备金红石型二氧化钛粉体

以四氯化钛、无水乙醇与盐酸(36-38％)为原料，的摩尔比例为TiCl₄:EtOH:HCl＝1:25:0.002,

先将无水乙醇加入反应器中；随后加入四氯化钛，形成黄色溶液，滴加定量盐酸溶液，搅拌2h；最后放入恒温干燥箱中，制备干凝胶。

将干凝胶放入马弗炉中，以1℃/min的升温速率，升温至600℃，去除溶剂，晶体生长，得到金红石型的二氧化钛粉体。将上述粉体分散在辛基三甲基硅烷中进行表面处理，放入恒温箱中烘干，最终制得表面修饰的二氧化钛粉体材料，其TEM电镜图如图3所示，其尺寸分布均匀，为10-30nm,可见，最终产品为纳米S iO₂粉体，用于以下实施例1-3。

实施例1：

将200g去离子水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂(索尔的SIN02)1g、润湿剂(宝时的DP270)1g，600转/分钟,持续搅拌10分钟；

依次加入325目白刚玉粉体40g、纳米二氧化硅粉体30g、800目重钙粉150g、5g增稠剂(RHEOLATE 150)，1200转/分钟，持续搅拌30分钟；

依次加入丙烯酸乳液(陶氏化学的AS8349)350g、杀菌剂(索尔的DB20)5g、防霉剂(索尔的HF)5g、成膜助剂二丙二醇丁醚20g，加入5g上述增稠剂，800转/分钟，持续搅拌30分钟；

加入80-120目白刚玉120g，搅拌30分钟至分散均匀、粘度稳定，即可灌装。

实施例2：

将200g去离子水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂(索尔的SIN02)5g、润湿剂(宝时的DP270)5g，600转/分钟,持续搅拌10分钟；

依次加入325目白刚玉粉体60g、纳米二氧化硅粉体50g、800目重钙粉200g、5g增稠剂(RHEOLATE 150)，1200转/分钟，持续搅拌30分钟；

依次加入实施例A制得的水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液400g、杀菌剂(索尔的DB20)10g、防霉剂(索尔的HF)10g、成膜助剂二丙二醇丁醚40g，加入20g上述增稠剂，800转/分钟，持续搅拌30分钟；

加入120目白刚玉160g，搅拌30分钟至分散均匀、粘度稳定，即可灌装。

实施例3：

将200g去离子水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂(索尔的SIN02)3g、润湿剂(宝时的DP270)3g，600转/分钟,持续搅拌10分钟；

依次加入325目白刚玉粉体50g、纳米二氧化硅粉体40g、800目重钙粉170g、5g(RHEOLATE 150)增稠剂，1200转/分钟，持续搅拌30分钟；

依次加入实施例A制得的水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液370g、杀菌剂(索尔的DB20)7g、防霉剂(索尔的HF)7g、成膜助剂二丙二醇丁醚30g，加入5g上述增稠剂，800转/分钟，持续搅拌30分钟；

加入80-120目白刚玉150g，搅拌30分钟至分散均匀、粘度稳定，即可灌装。

实验例

耐磨性参考标准：GB/T 1768-2006色漆和清漆，耐磨性的测定为旋转橡胶砂轮法，即，采用橡胶砂轮并通过橡胶砂轮的旋转运动进行摩擦，来测定色漆、清漆或者相关产品的干膜耐磨性的试验方法；

抗滑性参考标准：DB11/T 512-2007建筑装饰工程石材应用技术规程E，适用于以摆式摩擦系数测定仪测定石材地面的抗滑值，用以评定石材地面在潮湿状态下的抗滑能力。

对实施例1-3制得的涂料进行性能测试，分别测试其耐磨性和抗滑性，并与按照CN103525213B和CN107163827A制得的产品的性能进行对比，结果如表1所示。

表1.

其中，抗滑值是根据摩擦系数与抗滑值的经验公式计算得到,趋势与实际测定趋势一致，并符合技术指标要求。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种上人屋面耐磨防滑涂料，其特征在于：包括如下质量份数的成分：

2.根据权利要求1的耐磨防滑涂料，其特征在于：所述水性丙烯酸乳液为水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液，所述消泡剂为金属皂类。

3.根据权利要求1的耐磨防滑涂料，其特征在于：

所述成膜助剂为多元醇烷基醚，优选为二丙二醇丁醚，

所述润湿剂为有机类分散剂，优选为聚羧酸钠盐，

所述二氧化硅粉体优选为纳米二氧化硅粉体。

4.根据权利要求1至3之一所述的耐磨防滑涂料，其特征在于：还包括质量份数为3-10份，优选5-7份的二氧化钛粉体，优选为金红石型二氧化钛粉体。

5.根据权利要求1至3之一所述的耐磨防滑涂料，其特征在于：还包括如下质量份数的粉体：

325目白刚玉粉体3-8份，优选4-6份，

80-120目白刚玉粉体8-15份，优选10-13份，

无机钙粉体10-30份，优选15-20份。

6.根据权利要求1至5之一所述的耐磨防滑涂料，其特征在于：还包括以下质量份数的成分：

增稠剂，0.04-2份，优选0.6-1.2份；和/或

杀菌剂，0.2-2.0份，优选0.5-1.0份；和/或

防霉剂，0.2-2.0份，优选0.5-1.0份。

7.根据权利要求6所述的耐磨防滑涂料，其特征在于：所述增稠剂分多次加入，例如，当在搅拌器中加入去离子水、消泡剂和润湿剂之后，持续搅拌，然后依次加入325目白刚玉粉体、纳米二氧化硅粉体、800目重钙粉以及一半左右的增稠剂，即0.02-1份，优选0.3-0.6份，例如1/2份的增稠剂，并持续搅拌；随后，依次加入水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液、杀菌剂、防霉剂、成膜助剂2份以及剩余的，即另一半左右，约0.02-1份，优选0.3-0.6份，例如1/2份的增稠剂，并持续搅拌。

8.制备根据权利要求1至7之一所述的耐磨防滑涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将水加入到搅拌器中，随后加入消泡剂和任选的润湿剂，

步骤2，依次加入325目白刚玉粉体、纳米二氧化硅粉体、800目重钙粉和一部分增稠剂，

步骤3，依次加入水性乳液、任选的杀菌剂和防霉剂，以及成膜助剂，和剩余的增稠剂，

步骤4，加入80-120目白刚玉，并进行搅拌，例如持续搅拌10分钟至1小时，优选搅拌20-40分钟，更优选搅拌30分钟。

9.制备根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

步骤2中，依次加入325目白刚玉粉体4-6份、纳米二氧化硅粉体3-5份、800目重钙粉15-20份、1/2份增稠剂，1200转/分钟，持续搅拌30分钟，研磨使体系的细度达到40微米以下；

步骤3中，依次加入水性聚氨酯改性的丙烯酸乳液35-40份、杀菌剂0.5-1.0份、防霉剂0.5-1.0份、成膜助剂2-4份，加入1/2份增稠剂，800转/分钟，持续搅拌30分钟。

10.根据权利要求1至7之一所述的涂料的用途，用于制备上人屋面耐磨防滑涂料，其摩擦系数大于1.10,其抗滑性大于50。