CN108977052B - 用于frp复合材料的水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于FRP复合材料的水性涂料，其制备原料按重量份计，包括：调色基础漆200‑300份、连续相乳液500‑600份，水120‑180份，复合有机溶剂50‑60份和功能助剂20‑180份，所述连续相乳液中的制备原料包含乳液400‑520份，所述乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯。其中，连续相乳液稳定性好、透明度高，调色基础漆与连续相乳液混合后不会发生分层现象。连续相乳液中含有的水性丙烯酸改性聚氨酯具有优异的耐磨性、韧性、低温抗冲击性和附着力，可以增强涂料的综合性能。本发明提供的涂料稳定性高、附着力强、且质地均匀、机械强度高，不仅可以保护FRP等材料的多种性能，也具有一定的装饰和美观效果。

Description

用于FRP复合材料的水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种用于FRP复合材料的水性涂料及其制备方法。

背景技术

漆膜是涂料施工于底材上的一道或多道涂层所形成的固态连续膜。通常涂膜由多道涂层组成，依据被涂物件的要求而决定涂层的多少，一般包括底漆层、中间涂层和面漆层。

FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合后形成的高性能型材料，应用非常广泛，可用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程和地下工程中。但FRP材料耐腐蚀性能差、机械强度不高，长期暴露在阳光和雨雪中容易发生老化现象，导致其综合性能下降。目前，涂料干燥形成的漆膜是保护底材性能的重要方法，但目前，涂料的稳定性较差、附着力不够强，在长期酸碱腐蚀及阳光暴晒下，容易发生爆皮、褪色等现象。因此，亟需一种稳定性高、附着力强，能够长期保护FRP等材料诸多性能的涂料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性高、附着力强、质地均匀的涂料，可以改善FRP等材料的诸多性能，达到装饰、美观、环保和保护的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种用于FRP复合材料的水性涂料，其制备原料按重量份计，包括：调色基础漆200-300份、连续相乳液500-600份，水120-180份，复合有机溶剂50-60份和功能助剂20-180份，所述连续相乳液的制备原料中包含乳液400-520份，所述乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯。

较佳地，按重量份计，所述调色基础漆的制备原料包括：基础漆170-220份，水性色浆3-15份，乳液500-600份，消泡剂7-10份，第一流平剂7-13份，密着剂15-25份和成膜助剂7-10份。其中，水性色浆选用无机色浆，具体可选用黑色、黄色、红色等多种颜色的色浆，所述乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯。

较佳地，按重量份计，所述基础漆的制备原料包括：水500-600份，消泡剂7-10份，镁强粉150-200份，滑石粉150-200份，分散剂5-10份，密着剂20-30份和成膜助剂10-15份。其中，镁强粉与滑石粉为硅酸镁盐类，镁强粉比表面积和吸油量大，可大量吸油而使增稠效果显著，且白度好，遮盖力强，悬浮性能和流变性能优良，可减少产品的流挂和沉降。滑石粉主要成分是含水的硅酸镁，高温不变色，密度均匀、光泽度好、表面平滑。

较佳地，按重量份计，所述连续相乳液的制备原料还包括：消泡剂7-12份，第二流平剂7-15份，密着剂15-25份，成膜助剂7-16份和水120-180份。密着剂可以增强乳液的粘度，达到乳液不分层的目的，第二流平剂有助于各个组分的混合均匀、提高乳液的流平性和均一性，成膜助剂有助于增强乳液的成膜性能，降低乳液的最低成膜温度，增强乳液的耐候性，将连续相乳液加入到涂料中，有助于增强涂料的稳定性。

较佳地，按重量份计，所述复合有机溶剂包括：PMA200-300份，脱水剂10-50份和HDI预聚体500-650份。

较佳地，按重量份计，所述功能助剂包括：消泡剂7-12份，第三流平剂7-15份，密着剂15-25份和成膜助剂7-16份。

较佳地，所述第一流平剂为水溶性硅酸盐化合物。在一些物质材料表面，如FRP，经常会有脱模剂的残留，导致底材料表面张力较小，水的表面张力较大，一般流平剂难以帮助水性涂料在这种材料上的流平，而水溶性硅酸盐化合物通过与脱模剂互溶，将脱模剂融入涂层，使湿涂层更容易在这些材料上润湿流平。

较佳地，所述第二流平剂为有机硅酸盐类。

较佳地，所述密着剂为磷酸酯类。

较佳地，所述成膜助剂为高沸点溶剂。高沸点溶剂的挥发性低，能够保证涂料在高温下的安全稳定性，无毒无害，是一种环保材料。

本发明还提供上述用于FRP复合材料的水性涂料的制备方法，将所述调色基础漆、所述水和所述功能助剂按配方量混合搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min，随后按配方量加入所述连续相乳液和所述复合有机溶剂继续搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min。

较佳地，所述连续相乳液通过将所述乳液和所述水按配方量混合搅拌，搅拌速度为200-400rpm，搅拌时间为4-8min，随后按配方量加入所述消泡剂、所述第二流平剂、所述密着剂和所述成膜助剂继续搅拌，搅拌速度为700-1000rpm，搅拌时间为20-30min。

与现有技术相比，本发明提供的用于FRP复合材料的水性涂料，其中，连续相乳液稳定性好、透明度高，调色基础漆与连续相乳液混合后不会发生分层现象。连续相乳液中含有的水性丙烯酸改性聚氨酯是在聚氨酯的基础上引入丙烯酸单体，其中聚氨酯具有优异的耐磨性、韧性和低温抗冲击性，丙烯酸单体具有优异的附着力，两者结合形成的水性丙烯酸聚氨酯耐水性好、粘接性能强、稳定度高，可以增强涂料的综合性能。调色基础漆可以提升涂料的美观度，起到装饰作用。本发明提供的用于FRP复合材料的水性涂料稳定性高、附着力强、且质地均匀、机械强度高，不仅可以保护FRP等材料的多种性能，也具有一定的装饰和美观效果。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。

本发明提供一种用于FRP复合材料的水性涂料，其制备原料按重量份计，包括：调色基础漆200-300份、连续相乳液500-600份，水120-180份，复合有机溶剂50-60份和功能助剂20-180份，连续相乳液中的制备原料包含乳液400-520份，乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯。

其中，调色基础漆的制备原料包括：基础漆170-220份，水性色浆3-15份，乳液500-600份，消泡剂7-10份，第一流平剂7-13份，密着剂15-25份和成膜助剂7-10份，水性色浆可选用黑色、黄色、红色等无机色浆，乳液可选用水性丙烯酸改性聚氨酯，消泡剂可选用OP系列，第一流平剂可选用水性硅酸盐化合物，密着剂可选用磷酸酯类助剂，成膜助剂可选用高沸点溶剂；

基础漆的制备原料包括镁强粉150-200份，滑石粉150-200份，分散剂5-10份，密着剂20-30份，成膜助剂10-15份和水500-600份。镁强粉和滑石粉可选用硅酸镁盐类，分散剂可选用碱金属磷酸盐类，密着剂可选用磷酸酯类助剂，成膜助剂可选用高沸点溶剂，水为去离子水；

连续相乳液的制备原料中除包括400-520份的水性丙烯酸改性聚氨酯外，还包括消泡剂7-12份，第二流平剂7-15份，密着剂15-25份，成膜助剂7-16份和水120-180份。消泡剂可选用OP系列，第二流平剂可选用有机硅酸盐类，密着剂可选用磷酸酯类助剂，成膜助剂可选用高沸点溶剂；

复合有机溶剂包括：PMA 200-300份，脱水剂10-50份和HDI预聚体500-650份，PMA为丙二醇甲醚乙酸酯，脱水机可选用植物油酸。

功能助剂包括：消泡剂7-12份，第三流平剂7-15份，密着剂15-25份和成膜助剂7-16份。消泡剂可选用OP系列，第三流平剂可选用水性硅酸盐化合物，密着剂可选用磷酸酯类助剂，成膜助剂可选用高沸点溶剂。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例中提供的用于FRP复合材料的水性涂料，其制备原料按重量份计，包括调色基础漆200份，连续相乳液500份，复合有机溶剂50份，功能助剂20份，水120份。

基础漆是本发明涂料的基础原料，本实施例中，基础漆的制备原料包括水500份，水为去离子水，消泡剂（OP系列）7份，镁强粉（硅酸镁盐类）150份，滑石粉（硅酸镁盐类）150份，分散剂（碱金属磷酸盐类）5份，密着剂（磷酸酯类助剂）20份，成膜助剂（高沸点溶剂）10份。制备基础漆时，先将消泡剂和80%的水即450份于搅拌机中搅拌，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为5min，随后缓慢加入分散剂、成膜助剂、镁强粉、滑石粉、密着剂和剩余的50份水继续搅拌，搅拌速度为600rpm，搅拌时间为25min。

调色基础漆是以基础漆为原料，加入色浆等其他助剂制作而成。调色基础漆的制备原料包含基础漆170份，水性色浆（黑色的无机色浆）3份，乳液（水性丙烯酸改性聚氨酯）500份，消泡剂（OP系列）7份，第一流平剂（水溶性硅酸盐化合物）7份，密着剂（磷酸酯类助剂）15份，成膜助剂（高沸点溶剂）7份。制作时，先将基础漆、水性色浆和乳液在搅拌机中搅拌，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为5min，搅拌均匀后，缓慢加入消泡剂、第一流平剂、密着剂和成膜助剂后继续搅拌，搅拌速度为600rpm，搅拌时间为10min，搅拌完成后即可形成调色基础漆。

连续相乳液是本发明涂料的主要功能原料，本实施例中连续相乳液的制备原料包含乳液（水性丙烯酸改性聚氨酯）400份，水（去离子水）120份，消泡剂（OP系列）7份，第二流平剂（有机硅酸盐类）7份，密着剂（磷酸酯类助剂）15份，成膜助剂（高沸点溶剂）7份。制备连续相乳液时，先将乳液和水在搅拌机中搅拌，搅拌速度为200-400rpm，搅拌时间为20-30min，具体在本实施例中，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为5min，待搅拌均匀，乳液直径分布均匀后，缓慢加入消泡剂、第二流平剂、密着剂和成膜助剂继续搅拌，此时，搅拌速度为700-1000rpm，搅拌时间为20-30min，具体在本实施例中，此次搅拌速度为800rpm，搅拌时间为25min。

复合有机溶剂包含PMA（丙二醇甲醚乙酸酯）200份，脱水剂（植物油酸）10份，HDI预聚体500份。三者混合后，搅拌均匀，即得复合有机溶剂。

功能助剂包含消泡剂（OP系列）7份，第三流平剂（有机硅酸盐类）7份，密着剂（磷酸酯类助剂）15份，成膜助剂（高沸点溶剂）7份，将这些组分混合均匀即得本实施例中的功能助剂。

所有原料全部准备好后，开始制备本实施例中的涂料。制备时，先将调色基础漆、水和功能助剂混合，在搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min，具体在本实施例中搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min，搅拌均匀后再加入连续相乳液和复合有机溶剂继续搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min，具体在本实施例中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min，搅拌完成后，即得本实施例的涂料。

实施例2至5中除各组分含量不同外，其他均与实施例1中相同，具体成分及含量参见表1。

表1 各实施例组分及含量

注：A为水溶性硅酸盐化合物，B为丙烯酸酯类

对比例1至3中，除乳液为水性聚氨酯外，其他组分成分均与实施例中相同，具体组分及含量参见表2。

表2各对比例组分及含量

对上述实施例和对比例进行性能测试。本发明主要目的是提供一中用于FRP材料表面的一种涂料，从而改善FRP材料的诸多性能，达到装饰、美观、环保和保护的目的。因此，在测试时，将实施例和对比例中的涂料使用在FRP材料表面。测试项目及方法如下：

（1）外观：涂抹表面；

（2）耐水性：清水浸泡500h；

（3）硬度：三菱铅笔，荷重500g，每秒1cm的速度呈45度角推出2-3cm，无痕迹；

（4）密着：用百格刀在涂料表面均匀的切割1cm²/100格，用日本植物性胶带做测试；

（5）CYCLE测试：冷热循环（-20℃×4hour→60℃×4hour为一个cycle）；

（6）耐酸性：5%硫酸溶液浸渍24小时；

（7）耐碱性：5%氢氧化钠溶液浸渍24小时；

（8）耐盐雾：耐中性盐雾测试（5%的Nacl）500小时外观无异常。

表3 各实施例及对比例测试结果

测试项目

外观

耐水性

硬度

密着

CYCLE测试

耐酸性

耐碱性

耐盐雾

FRP素材

无异常

无异常

≥H

100/100

10次以上

无异常

无异常

无异常

实施例1

合格

7天不起泡

H

100/100

20次不变色

24h不变色

24h不变色

72h无异常

实施例2

合格

7天不起泡

H

100/100

20次不变色

24h不变色

24h不变色

72h无异常

实施例3

合格

7天不起泡

H

100/100

20次不变色

24h不变色

24h不变色

72h无异常

实施例4

合格

7天不起泡

H

100/100

20次不变色

24h不变色

24h不变色

72h无异常

实施例5

合格

7天不起泡

H

100/100

20次不变色

24h不变色

24h不变色

72h无异常

对比例1

合格

5天不起泡

H

100/100

15次不变色

18h不变色,24h发白

18h不变色,24h发白

48h无异常,55h有轻微起泡

对比例2

合格

5天不起泡

H

100/100

15次不变色

18h不变色,24h发白

18h不变色,24h发白

48h无异常,55h有轻微起泡

对比例3

合格

5天不起泡

H

100/100

15次不变色

18h不变色,24h发白

18h不变色,24h发白

48h无异常,55h有轻微起泡

从表3数据可以看出，本发明提供的实施例中涂料的所有性能测试均合格，在FRP材料表面涂膜本发明提供的涂料，可以很大程度地提高FRP材料的硬度和CYCLE测试性能。比较实施例1与对比例1，两者除乳液选择不同外，其余均相同，其中实施例1中乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯，对比例1中的乳液为水性聚氨酯，测试显示，实施例1的耐水性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性能强于对比例1，说明将水性丙烯酸改性聚氨酯用于本发明提供的涂料中，可以提高涂料的耐性和粘附力。比较实施例3与对比例2、实施例5与对比例3也可以得出同样的结论。

对比实施例1与实施例2，两者除调色基础漆中第一流平剂原料选择不同外，其余均相同。其中，实施例1中调色基础漆的第一流平剂为水溶性硅酸盐类，实施例2中的为丙烯酸酯类，在FRP材料表面涂刷完后，实施例1涂刷形成的膜在外观上比实施例2更为光滑平整。说明水溶性硅酸盐类流平剂对FRP材料的流平性更好。

以FRP材料的桌面为例，说明本发明提供的涂料的使用方法。使用时，先用PMA均匀擦拭桌面表面，擦拭完成后干燥15min，随后再将本发明提供的涂料喷涂在最外层表面上，喷涂完成后干燥12h。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种用于FRP复合材料的水性涂料，其特征在于，其制备原料按重量份计，包括：调色基础漆200-300份，连续相乳液500-600份，水120-180份，复合有机溶剂50-60份和功能助剂20-180份，所述连续相乳液的制备原料中包含乳液400-520份，所述乳液为水性丙烯酸改性聚氨酯，所述调色基础漆的制备原料包括：基础漆170-220份，水性色浆3-15份，乳液500-600份，消泡剂7-10份，第一流平剂7-13份，密着剂15-25份和成膜助剂7-10份，所述第一流平剂为水溶性硅酸盐化合物，所述基础漆的制备原料包括：水500-600份，消泡剂7-10份，镁强粉150-200份，滑石粉150-200份，分散剂5-10份，密着剂20-30份和成膜助剂10-15份，所述连续相乳液的制备原料还包括：消泡剂7-12份，第二流平剂7-15份，密着剂15-25份，成膜助剂7-16份和水120-180份，所述复合有机溶剂包括：PMA200-300份，脱水剂10-50份和HDI预聚体500-650份。

2.如权利要求1所述的用于FRP复合材料的水性涂料，其中，按重量份计，所述功能助剂包括：消泡剂7-12份，第三流平剂7-15份，密着剂15-25份和成膜助剂7-16份。

3.如权利要求1所述的用于FRP复合材料的水性涂料，其中，所述第二流平剂为有机硅酸盐类。

4.如权利要求1至3任一项所述的用于FRP复合材料的水性涂料的制备方法，其特征在于，将所述调色基础漆、所述水和所述功能助剂按配方量混合搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min，随后按配方量加入所述连续相乳液和所述复合有机溶剂继续搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌时间为4-8min。

5.如权利要求4所述的用于FRP复合材料的水性涂料的制备方法，其特征在于，所述连续相乳液通过将所述乳液和所述水按配方量混合搅拌，搅拌速度为200-400rpm，搅拌时间为4-8min，随后按配方量加入所述消泡剂、所述第二流平剂、所述密着剂和所述成膜助剂继续搅拌，搅拌速度为700-1000rpm，搅拌时间为20-30min。