CN108690436A - 一种水性变色涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体公开一种水性变色涂料及其制备方法，按重量份数计包括以下组分：水性羟基丙烯酸乳液：25‑50份；固化剂：5‑20份；助溶剂：2‑5份；有机硅酮粉：1‑5份；纳米氧化铝：1‑5份；纳米氧化锆：0.5‑2份；温敏变色粉：1‑8份；纳米氧化锌：0.05‑0.5份；硅溶胶：0.1‑1份；pH调节剂：0.1‑0.2份；消泡剂：0.1‑0.2份；成膜助剂：2‑5份；分散剂：0.3‑0.5份；基材润湿剂：0.3‑0.5份；去离子水：5‑10份；增稠剂：0.5‑1份。其制备方法简单，所制备的涂料流平时间短，涂层硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐候性等性能优异，VOC含量低。

Description

一种水性变色涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性变色涂料及其制备方法。
背景技术
随着交通拥堵和人民环保意识的增强，越来越多的人民开始追寻绿色出行，其中自行车等交通工具又重新进入人们的视野，而且共享单车的出现，大大方便了我们的工作与生活。但是自行车长期暴露在户外，这就要求其表面涂料的耐候性、杀菌性能、耐沾污性、方便清理等性能优异，用以降低环境会对自行车造成破坏。但是目前的自行车涂料的耐候性、杀菌性能、耐沾污性、方便清理等性能差，颜色单一，不能随着环境温度改变，不能为出行带来新鲜感。
同时自行车涂料还含有大量的挥发性有机化合物即VOC，这些挥发性有机化合物包括甲醛、氨、乙二醇、酯类等物质。这些物质不仅严重污染环境，而且当VOC达到一定浓度时，会引起人头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。近年来，环境越来越恶化，雾霾越来越严重，社会对环保的要求越来越高，发展环保的涂料已经成为人们的共识。
发明内容
针对现有涂料颜色单一，耐候性、杀菌性能、耐沾污性差，VOC含量高等问题，本发明提供一种水性变色涂料。
进一步地，本发明还提供一种水性变色涂料的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种水性变色涂料，所述涂料按重量份数计包括以下组分：
相对于现有技术，本发明提供的水性变色涂料，VOC≤60g/L，VOC含量低，具有更好的环保特性。本发明通过选用高性能水性羟基丙烯酸乳液和固化剂，通过纳米氧化铝和纳米氧化锆的使用，不仅提高涂层的硬度，又能提高涂层的阻燃性能，通过温敏变色粉的使用，随着温度的变化能够持久变换色彩，且引入纳米氧化锌达到持久、温和杀菌的目的，并且对接触的皮肤刺激小，最后通过各种组分的配合，使固化后的涂层具有优异的涂层硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐候性，在中性盐雾环境中性能优异。
进一步地，本发明还提供所述水性变色涂料的制备方法。该制备方法，至少包括以下步骤：
(1)按照上述的原料配比称取各组分；
(2)将所述40-60wt％的去离子水、40-60wt％的pH调节剂、分散剂、40-60wt％的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、温敏变色粉、硅溶胶、有机硅酮粉进行混料处理，得到第一混料；
(3)在搅拌条件下加入剩余去离子水、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂，然后进行混料处理，得到第二混料；
(4)将所述第一混料与所述第二混料混合，分散，加入增稠剂，搅拌，调整粘度至合格，得到A组分；
(5)将固化剂溶解于助溶剂中，得到B组分。
相对于现有技术，本发明提供的水性变色涂料的制备方法简单，适宜于大生产操作。临用前现混合A、B组份混合物，可以避免A、B组份提前反应，从而延长了涂料的保存期限。
相应地，本发明提供了该水性变色涂料的使用方法，使用时将A、B组份按照质量比为4:1混合均匀，即能使用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种水性变色涂料，所述涂料按重量份数计包括以下组分：
相对于现有技术，本发明提供的水性变色涂料，VOC≤60g/L，VOC含量低，具有更好的环保特性。本发明通过选用高性能水性羟基丙烯酸乳液和固化剂，通过纳米氧化铝和纳米氧化锆的使用，不仅提高涂层的硬度，又能提高涂层的阻燃性能，通过温敏变色粉的使用，随着温度的变化能够持久变换色彩，且引入纳米氧化锌达到持久、温和杀菌的目的，并且对接触的皮肤刺激小，最后通过各种组分的配合，使固化后的涂层具有优异的涂层硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐候性，在中性盐雾环境中性能优异。
具体的，所述固化剂为基于六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的亲水性脂肪族聚异氰酸酯，与水性羟基丙烯酸乳液反应进行成膜，可改善涂料的性能，使固化后的涂层硬度高、柔韧性好、光泽高、丰满度高，具有较好的耐光性、耐候性的特点。
进一步优选地，所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷，其具有不溶、不熔的热固性，集无机粉体和有机粉体的优点为一体，具有良好的润滑性，还能促进颜料分散，防止颜料和粉粒结块。配方中使用该材料能够增加涂料的使用温度、提高涂料的力学性能、防止金属粉等沉降团聚，使涂层具有良好的耐水、耐污效果、自清洁和耐擦洗性能，能够提高涂层的疏水、疏油渍，防滑痕、防指纹印记等效果。
进一步优选地，所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯-12成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯-12成膜助剂的质量比为1:1-2。选用高沸点环保的成膜助剂：丙二醇苯醚类的沸点为242.7℃；和醇酯-12的沸点为247℃，所述的两种成膜助剂均为环保助剂，可以有效降低乳胶漆的最低成膜温度、提高涂层的耐擦洗性、明显改善涂料的成膜性能、提高涂层的光泽度、强度以及抗粉化性能，并能增进流平性，同时，这两种成膜助剂还具有优异的湿膜性能、提高涂层的耐候性及展色性。
进一步优选地，所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，是性能优良的低毒高级工业溶剂，在本发明配方中可以高效而完全地溶解固化剂。
进一步优选地，所述pH调节剂为二甲基乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种。二甲基乙醇胺为德国巴斯夫公司、2-氨基-2-甲基-1-丙醇为美国陶氏化工的多功能助剂AMP-95，调节体系的酸碱性，一般水性涂料pH值在8-9之间，这两种pH值调节剂不但具有调节pH值的效果，而且本身是有机物质，具有一定的辅助成膜的特性。
进一步优选地，所述泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，且所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的质量比为0.8-1.2:0.8-1.2。磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂的铺展能力很强，能瞬间使泡沫大量破裂，达到消泡作用，但由于磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂极易溶解于溶液中而失去消泡作用，因而其抑泡能力很弱，单独作为消泡剂使用时需要连续不断地添加或增加来维持消泡作用；有机硅类消泡剂难以与水及多数有机溶剂混溶，不易溶入各种发泡介质，因此可以在相当长的时间内发挥消泡抑泡作用。本发明将两种消泡剂混合使用，在发挥快速消泡作用的同时，还能维持较长时间的消泡、抑泡作用。
进一步优选地，所述分散剂为聚酯改性聚磷酸酯类分散剂，如(埃夫科纳)AFCONA的AFCONA-5010，专为无机粒子而设计的高效分散剂，在羟基丙烯酸双组份涂料中还具有催化反应的作用。
进一步优选地，所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂，可以改善溶液的流动性，并可使漆膜具有光滑手感，同时还具有高相容性，可以与其他物料很好地相容。
进一步优选地，所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂，能够提高涂料粘度使之达到所需物理特性，改变涂料流动性使漆膜达到更优良的外观效果，防止涂料流挂以保证涂层的机械性能和稳定性，并可以提高产品固含量，降低用料成本。
进一步优选地，所述的纳米氧化铝和纳米氧化锆能增加漆膜的硬度和耐磨性，其中纳米氧化铝具有优异的耐磨、增硬、耐高温及绝缘等性能，在涂料中能增加涂料的耐磨性，且价格相对便宜。纳米氧化锆用于研磨材料、涂料、结构陶瓷，起到耐磨、抗腐蚀、耐高温等性能，其性能好于纳米氧化铝，作用相似，提高涂料硬度、耐火阻燃性能、耐磨性能、耐腐蚀性能等，但是价格贵，所以和纳米氧化铝混合使用，降低成本。
其中纳米氧化铝选自南京保克特新材料有限公司，纳米氧化锆选自南京天行新材料有限公司的TGP-M100。
进一步优选地，所述纳米氧化锌体积蓬松、粒径小、比表面积大，用量少，抑菌灭菌性能优异，与纳米银杀菌相比：纳米银杀菌效果显著，但其针对良性细胞也有损伤，而锌为人体必需元素，安全健康，不仅属于接触式杀菌，而且在光和水的条件下依然可以起到很好的抑菌灭菌效果。
纳米氧化锌选自南通达西浓纳米科技有限公司。
进一步优选地，所述的温敏变色粉为染科技颜料的温敏变色粉XR系列，不仅可以根据客户要求进行调节颜色，且类颜料粒径小，耐温度最高为200℃左右，同时有很好的耐溶剂性和分散性。
进一步优选地，所述的硅溶胶是一种水基的无机硅化合物，具有良好的耐气候性、防水性、耐火、耐洗、抗污染性。优选为浙江开化龙邦硅溶胶厂的JN20-30-6。
本发明在提供该水性变色涂料的前提下，还进一步提供了该水性变色涂料的制备方法。
在任一实施例中，该制备方法至少包括以下步骤：
(1)按照上述的原料配比称取各组分；
(2)将所述40-60wt％的去离子水、40-60wt％的pH调节剂、分散剂、40-60wt％的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、温敏变色粉、硅溶胶、有机硅酮粉进行混料处理，得到第一混料；
(3)在搅拌条件下加入剩余去离子水、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂，然后进行混料处理，得到第二混料；
(4)将所述第一混料与所述第二混料混合，分散，加入增稠剂，搅拌，调整粘度至合格，得到A组分；
(5)将固化剂溶解于助溶剂中，得到B组分。
发明提供的水性变色涂料的制备方法简单，适宜于大生产操作。临用前现混合A、B组份混合物，可以避免A、B组份提前反应，从而延长了涂料的保存期限。
下面对上述制备方法做进一步的解释说明：
优选地，所述步骤(4)中的粘度为25℃的涂-4杯粘度，且合格粘度为60-90s。调整粘度使涂料具备足够的粘稠度，以便防止涂料流挂、使涂层具有更优良的外观效果、机械性能和稳定性。
优选地，步骤(2)中所述混料处理的搅拌速度为：800-1200rpm，搅拌时间为13-17min。
优选的混料搅拌速度可在充分搅拌的过程中避免产生过多气泡，若搅拌速度过快则易增加气泡，需增加消泡剂用量，从而增加原料成本，搅拌速度过慢则不宜充分搅拌均匀，需延长搅拌时间，增加时间成本。
步骤(3)中所述搅拌的速度为400-600rpm，原料在搅拌状态下依次加入混合液中，可以使各原料更为快速而均匀地分散在混合物中，并避免结块，提高混合效率和均匀度；所述混料处理的搅拌速度为：800-1200rpm，搅拌时间为8-12min，优选的混料搅拌速度可在充分搅拌的过程中避免产生过多气泡，若搅拌速度过快则易增加气泡，需增加消泡剂用量，从而增加原料成本，搅拌速度过慢则不宜充分搅拌均匀，需延长搅拌时间，增加时间成本。
步骤(4)中所述分散的搅拌速度为：500-700rpm，分散时间为：8-12min；
步骤(4)中所述搅拌速度为400-600rpm，搅拌时间为8-12min。
为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本实施例提供一种水性变色涂料，所述涂料按重量份数计包括以下组分：
所述水性羟基丙烯酸乳液为拜耳的U XP 2750；所述固化剂为拜耳的XP2655；所述成膜助剂为质量比为1:1的(广州宇泰化工科技有限公司)丙二醇苯醚类和醇酯-12成膜助剂(美国伊士曼)；所述助溶剂为美国陶氏化工的丙二醇甲醚醋酸酯；所述有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；所述纳米氧化铝选自南京保克特新材料；所述纳米氧化锆选自南京天行新材料有限公司的TGP-M100；所述纳米氧化锌选自南通达西浓纳米科技有限公司；所述温敏变色粉为染科技颜料的温敏变色粉XR系列；所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺(德国巴斯夫公司)；所述的硅溶胶选自浙江开化龙邦硅溶胶厂的JN20-30-6；所述消泡剂为质量比为1:1的MOUSSEX公司的941PL和BYK-028的混合物；所述分散剂为AFCONA-5010；所述的基材润湿剂为Tego-100；所述增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202。
上述水性变色涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述的原料配比称取各组分；
(2)将所述50wt％的去离子水、50wt％的pH调节剂、分散剂、50wt％的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、温敏变色粉、硅溶胶、有机硅酮粉进行混料处理，混料处理的搅拌速度为：1000rpm，搅拌时间为15min，得到第一混料；
(3)在500rpm的搅拌条件下加入剩余的去离子水、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂，然后进行混料处理，混料处理的搅拌速度为：1000rpm，搅拌时间为10min得到第二混料；
(4)将所述第一混料与所述第二混料混合，分散，分散的搅拌速度为：600rpm，分散时间为：10min，加入增稠剂，在500rpm的速度下搅拌10min，调整粘度至合格，粘度为25℃的涂-4杯粘度，且合格粘度为60-90s得到A组分；
(5)将固化剂溶解于助溶剂中，得到B组分。
实施例2
本实施例提供一种水性变色涂料，所述涂料按重量份数计包括以下组分：
所述水性羟基丙烯酸乳液为拜耳的U XP 2750；所述固化剂为拜耳的XP2655；所述成膜助剂为质量比为1:2的(广州宇泰化工科技有限公司)丙二醇苯醚类和醇酯-12成膜助剂(美国伊士曼)；所述助溶剂选自美国陶氏化工；所述有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；所述纳米氧化铝选自南京保克特新材料；所述纳米氧化锆选自南京天行新材料有限公司的TGP-M100；所述纳米氧化锌选自南通达西浓纳米科技有限公司；所述温敏变色粉为染科技颜料的温敏变色粉XR系列；所述PH值调节剂为美国陶氏化工的AMP-95；所述的硅溶胶选自浙江开化龙邦硅溶胶厂的JN20-30-6；所述消泡剂为质量比为0.9:1的MOUSSEX公司的941PL和BYK-028的混合物；所述分散剂为AFCONA-5010；所述的基材润湿剂为AFCONA-3031；所述增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202。
上述水性变色涂料的制备方法如实施例1所述，不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种水性变色涂料，所述涂料按重量份数计包括以下组分：
所述水性羟基丙烯酸乳液为拜耳的U XP 2750；所述固化剂为拜耳的XP 2655；所述成膜助剂为质量比为1:1.5的(广州宇泰化工科技有限公司)丙二醇苯醚类和醇酯-12成膜助剂(美国伊士曼)；所述助溶剂选自美国陶氏化工；所述有机硅酮粉为广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉；所述纳米氧化铝选自南京保克特新材料；所述纳米氧化锆选自南京天行新材料有限公司的TGP-M100；所述纳米氧化锌选自南通达西浓纳米科技有限公司；所述温敏变色粉为染科技颜料的温敏变色粉XR系列；所述PH值调节剂为美国陶氏化工的AMP-95；所述的硅溶胶选自浙江开化龙邦硅溶胶厂的JN20-30-6；所述消泡剂为质量比为0.9:1.1的MOUSSEX公司的941PL和BYK-028的混合物；所述分散剂为AFCONA-5010；所述的基材润湿剂为Tego-100和AFCONA-3031的混合物；所述增稠剂为宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202。
上述水性变色涂料的制备方法如实施例1所述，不再赘述。
为了更好的说明本发明实施例提供的水性变色涂料的特性，下面将实施例1、2、3制备的水性变色涂料，将A、B组份按照质量比为4:1混合均匀，将涂料涂刷到共享单车上，对漆膜进行检测，检测结果如下表1所示。
表1检测结果
从表1可以看出，本发明制备的水性变色涂料，涂料流平时间短，涂层硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐候性能均优异，在中性盐雾天性能优异，不需要涂层过厚，且涂料颜色随着温度变化，颜色鲜艳，不仅增加出行的新鲜感还能减少人为对自行车的破坏，同时VOC含量低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性变色涂料，其特征在于：所述涂料按重量份数计包括以下组分：
2.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述固化剂为基于六亚甲基二异氰酸酯的亲水性脂肪族聚异氰酸酯。
3.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷。
4.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯-12成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和醇酯-12成膜助剂的质量比为1:1-2。
5.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯；和/或
所述pH调节剂为二甲基乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种。
6.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述消泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，且所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的质量比为0.8-1.2:0.8-1.2；和/或
所述分散剂为聚酯改性聚磷酸酯类分散剂。
7.如权利要求1所述的水性变色涂料，其特征在于：所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类的润湿剂；和/或
所述增稠剂为聚氨酯型增稠剂。
8.一种水性变色涂料的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
(1)按照如权利要求1～7任一项所述的原料配比称取各组分；
(2)将所述40-60wt％的去离子水、40-60wt％的pH调节剂、分散剂、40-60wt％的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、温敏变色粉、硅溶胶、有机硅酮粉进行混料处理，得到第一混料；
(3)在搅拌条件下加入剩余去离子水、水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余的pH调节剂、剩余的消泡剂、基材润湿剂，然后进行混料处理，得到第二混料；
(4)将所述第一混料与所述第二混料混合，分散，加入增稠剂，搅拌，调整粘度至合格，得到A组分；
(5)将固化剂溶解于助溶剂中，得到B组分。
9.如权利要求8所述的水性变色涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的粘度为25℃的涂-4杯粘度，且合格粘度为60-90s。
10.如权利要求8所述的水性变色涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述混料处理的搅拌速度为：800-1200rpm，搅拌时间为13-17min；和/或
步骤(3)中所述搅拌速度为400-600rpm，所述混料处理的搅拌速度为：800-1200rpm，搅拌时间为8-12min；和/或
步骤(4)中所述分散的搅拌速度为：500-700rpm，分散时间为：8-12min；和/或
步骤(4)中所述搅拌速度为400-600rpm，搅拌时间为8-12min。
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