CN108997867B - 一种水性环保涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂30‑40份、水性聚氨酯树脂25‑30份、复合乳液5‑8份、聚四氟乙烯水性分散液2‑3份、改性填料6‑8份、改性石墨烯5‑8份、磺基琥珀酸二异辛脂钠0.5‑1份、防腐防霉杀菌剂1‑2份、消泡剂0.5‑1份、羧甲基纤维素钠0.5‑1份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.5‑1份；本发明还公开了所述水性环保涂料的制备方法。本发明通过以水性树脂为基料，辅以复合乳液、改性填料，原料无毒环保，制备得到的涂料是一种水质产品具有无毒、无味、无有机化合物挥发排放、无着火、无爆炸、单组份施工方便、干燥快等特点，并且施工方便，可有效保护施工现场不受污染，是一种绿色环保产品。

Description

一种水性环保涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料及其制备技术领域，具体地，涉及一种水性环保涂料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济各行业的发展，涂料工业从一个极不引人注目的小行业逐步发展成为国民经济各领域必不可少的重要行业。现如今涂料的使用已随处可见，汽车表面，家电外壳，家庭装潢等，尤其是家庭装潢中的墙面涂料和家具用漆。传统的涂料会释放出大量的甲醛、苯等有害物质，直接危害着施工者和使用者的身体健康。
除此之外，传统的涂料采用有机溶剂作为分散介质，涂料的运输及保存存在方式要求较高，易发生火灾，存在安全隐患，有机溶剂的挥发性较强，长期使用也会危害人们的健康，而且有机溶剂的使用还会增加涂料的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水性环保涂料及其制备方法，通过以水性树脂为基料，辅以复合乳液、改性填料，原料无毒环保，制备得到的涂料是一种水质产品具有无毒、无味、无有机化合物挥发排放、无着火、无爆炸、单组份施工方便、干燥快等特点，并且施工方便，可有效保护施工现场不受污染，是一种真正议意上的绿色环保产品。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂30-40份、水性聚氨酯树脂25-30份、复合乳液5-8份、聚四氟乙烯水性分散液2-3份、改性填料6-8份、改性石墨烯5-8份、磺基琥珀酸二异辛脂钠0.5-1份、防腐防霉杀菌剂1-2份、消泡剂0.5-1份、羧甲基纤维素钠0.5-1份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.5-1份；
所述水性环保涂料由如下步骤制备而成：
步骤S1、将水性丙烯酸树脂置于1000转/min的分散机中，缓慢加入改性石墨烯，搅拌1h，得到第一混合物；
步骤S2、将水性聚氨酯树脂和复合乳液在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min，超声结束后，将改性填料缓缓加入，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到第二混合物；
步骤S3、将第一混合物和第二混合物混合，依次加入聚四氟乙烯水性分散液、防腐防霉杀菌剂、磺基琥珀酸二异辛脂钠、消泡剂、羧甲基纤维素钠、有机硅丙烯酸酯流平剂，磁力搅拌3h，静置12h消泡，制得水性环保防腐涂料。
进一步地，所述改性填料由如下方法制备：
(1)填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.1-0.2：1.5-1.8复配，制得填料；
(2)将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26％的氨水调节体系的pH＝9后，将温度升至80℃，继续搅拌65-70min，制得改性填料。
进一步地，所述聚四氟乙烯水性分散液由如下方法制备：
将聚四氟乙烯与去离子水按照10g:23-28mL的比例混合，将混合物置于超声分散仪中超声分散75-80min，制得聚四氟乙烯水性分散液。
进一步地，所述复合乳液由如下方法制备：
(1)将11g甲基丙烯酸乙酯、6g烯丙苯、1.3g甲基三乙氧基硅烷混合均匀，制成混合单体，备用；将过硫酸钠溶于去离子水配制成质量分数为18％的过硫酸钠溶液，备用；
(2)在四口烧瓶中通入氮气，依次加入100mL去离子水、1.8g羧甲基壳聚糖及2.6mL乙二醇，68℃、700r/min条件下磁力搅拌至澄清透明；
(3)向其中加入60mL过硫酸钠溶液，15min后开始滴加混合单体，控制2h内滴加完毕，再加入15mL过硫酸钠溶液并升温至85℃，保温4h后停止反应，降至室温后，制得聚合乳液；
(4)将聚合乳液与天然乳胶按照质量之比为3-5:10混合，磁力搅拌2h至充分混合，静置12h消泡，制得复合乳液。
进一步地，所述改性石墨烯由如下方法制备：
将氧化石墨烯粉末溶解于蒸馏水中，配制成质量分数为33％的氧化石墨烯溶液；将600mg十二烷基苯磺酸钠加入到120mL的氧化石墨烯溶液中，使用质量分数为10％的NaOH水溶液调节体系pH值至9-10，超声30min后，将反应物置于三口烧瓶内，80℃水浴搅拌24h，然后将反应体系降温至室温，过滤并用去离子水清洗至中性；然后加入0.6g硼氢化钠和1.2mL氨水，加热至90℃，搅拌反应3h；最后用去离子水清洗至中性，并将过滤物置于55℃真空干燥箱内干燥6h，得到改性石墨烯。
一种水性环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将水性丙烯酸树脂置于1000转/min的分散机中，缓慢加入改性石墨烯，搅拌1h，得到第一混合物；
步骤S2、将水性聚氨酯树脂和复合乳液在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min，超声结束后，将改性填料缓缓加入，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到第二混合物；
步骤S3、将第一混合物和第二混合物混合，依次加入聚四氟乙烯水性分散液、防腐防霉杀菌剂、磺基琥珀酸二异辛脂钠、消泡剂、羧甲基纤维素钠、有机硅丙烯酸酯流平剂，磁力搅拌3h，静置12h消泡，制得水性环保防腐涂料。
本发明的有益效果：
本发明在涂料原料中添加了复合乳液，复合乳液包括聚合乳液和天然橡胶乳液的配合，在聚合乳液中引入了有机硅氧烷，发生了缩合交联反应，有机硅氧烷表面能较低，分子链比较柔软，官能团活性大，所以当其与天然乳胶相结合时，易迁移并富集于天然乳胶膜表面，使其具备有机硅优良的耐水性能；交联后的聚合乳液与天然乳胶分子链相互缠绕，形成了大量的物理交联点，能够提高复合乳液的拉伸强度；
本发明在涂料中添加了改性填料，填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体，填料通过改性，纤维素纳米晶体分子表面含有多个可反应的羟基，纤维素纳米晶体的模板效应改善了填料在涂料中的分散性；纤维素纳米晶体与聚丙烯酸树脂形成的氢键以及纤维素纳米晶体优良的力学性能共同增强了涂料的结构，提高了涂料的硬度和附着力，纤维素纳米晶体的模板作用使SiO2较为均匀地分散在涂料中，会使涂料形成的涂膜硬度有明显提高，且由于纤维素纳米晶体与聚丙烯酸树脂的氢键、酯基结合以及纤维素纳米晶体自身的增强作用，使涂膜硬度和附着力得到极大增强；
本发明在原料中还添加了改性石墨烯，改性后的石墨烯接枝了磺酸基团，能够均匀分散在环氧树脂中，提高了涂层的屏蔽性能和防水性能，能够抑制氧气和水分子通过涂层进入基体，降低基体表面氧化还原反应的发生，提高涂料的耐腐蚀性；由于改性石墨烯表面具有更多的有氧基团，可在丙烯酸树脂与改性石墨烯间形成更多的氢键作用力，并促进改性石墨烯吸附于丙烯酸树脂乳胶粒表面，所以能提高涂料的稳定性；
本发明以水性树脂为基料，辅以复合乳液、改性填料，原料无毒环保，制备得到的涂料是一种水质产品具有无毒、无味、无有机化合物挥发排放、无着火、无爆炸、单组份施工方便、干燥快等特点，并且施工方便，可有效保护施工现场不受污染，是一种真正议意上的绿色环保产品。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂30-40份、水性聚氨酯树脂25-30份、复合乳液5-8份、聚四氟乙烯水性分散液2-3份、改性填料6-8份、改性石墨烯5-8份、磺基琥珀酸二异辛脂钠0.5-1份、防腐防霉杀菌剂1-2份、消泡剂0.5-1份、羧甲基纤维素钠0.5-1份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.5-1份；
所述改性填料由如下方法制备：
(1)填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.1-0.2：1.5-1.8复配，制得填料；
其中，纳米CeO2能够显著增强涂层对电解质的阻碍效应，对基材起到了非常好的屏蔽保护作用，从而提高了水性丙烯酸涂料的防腐蚀性能；
(2)将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26％的氨水调节体系的pH＝9后，将温度升至80℃，继续搅拌65-70min，制得改性填料；
纤维素纳米晶体分子表面含有多个可反应的羟基，纤维素纳米晶体的模板效应改善了填料在涂料中的分散性；纤维素纳米晶体与聚丙烯酸树脂形成的氢键以及纤维素纳米晶体优良的力学性能共同增强了涂料的结构，提高了涂料的硬度和附着力，纤维素纳米晶体的模板作用使SiO2较为均匀地分散在涂料中，会使涂料形成的涂膜硬度有明显提高，且由于纤维素纳米晶体与聚丙烯酸树脂的氢键、酯基结合以及纤维素纳米晶体自身的增强作用，使涂膜硬度和附着力得到极大增强；
所述聚四氟乙烯水性分散液由如下方法制备：
将聚四氟乙烯与去离子水按照10g:23-28mL的比例混合，将混合物置于超声分散仪中超声分散75-80min，制得聚四氟乙烯水性分散液；
在涂料中添加聚四氟乙烯水性分散液，能够明显降低涂层表面的滑动摩擦因数；
所述复合乳液由如下方法制备：
(1)将11g甲基丙烯酸乙酯、6g烯丙苯、1.3g甲基三乙氧基硅烷混合均匀，制成混合单体，备用；将过硫酸钠溶于去离子水配制成质量分数为18％的过硫酸钠溶液，备用；
(2)在四口烧瓶中通入氮气，依次加入100mL去离子水、1.8g羧甲基壳聚糖及2.6mL乙二醇，68℃、700r/min条件下磁力搅拌至澄清透明；
(3)向其中加入60mL过硫酸钠溶液，15min后开始滴加混合单体，控制2h内滴加完毕，再加入15mL过硫酸钠溶液并升温至85℃，保温4h后停止反应，降至室温后，制得聚合乳液；
(4)将聚合乳液与天然乳胶按照质量之比为3-5:10混合，磁力搅拌2h至充分混合，静置12h消泡，制得复合乳液；
在聚合乳液中引入了有机硅氧烷，发生了缩合交联反应，有机硅氧烷表面能较低，分子链比较柔软，官能团活性大，所以当其与天然乳胶相结合时，易迁移并富集于天然乳胶膜表面，使其具备有机硅优良的耐水性能；交联后的聚合乳液与天然乳胶分子链相互缠绕，形成了大量的物理交联点，能够提高复合乳液的拉伸强度；
所述改性石墨烯由如下方法制备：
将氧化石墨烯粉末溶解于蒸馏水中，配制成质量分数为33％的氧化石墨烯溶液；将600mg十二烷基苯磺酸钠加入到120mL的氧化石墨烯溶液中，使用质量分数为10％的NaOH水溶液调节体系pH值至9-10，超声30min后，将反应物置于三口烧瓶内，80℃水浴搅拌24h，然后将反应体系降温至室温，过滤并用去离子水清洗至中性；然后加入0.6g硼氢化钠和1.2mL氨水，加热至90℃，搅拌反应3h；最后用去离子水清洗至中性，并将过滤物置于55℃真空干燥箱内干燥6h，得到改性石墨烯；
改性后的石墨烯接枝了磺酸基团，能够均匀分散在环氧树脂中，提高了涂层的屏蔽性能和防水性能，能够抑制氧气和水分子通过涂层进入基体，降低基体表面氧化还原反应的发生，提高涂料的耐腐蚀性；由于改性石墨烯表面具有更多的有氧基团，可在丙烯酸树脂与改性石墨烯间形成更多的氢键作用力，并促进改性石墨烯吸附于丙烯酸树脂乳胶粒表面，所以能提高涂料的稳定性；
所述防腐防霉杀菌剂为A1exF-252防腐防霉杀菌剂，赋予涂料防腐防霉的性能；
所述水性环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将水性丙烯酸树脂置于1000转/min的分散机中，缓慢加入改性石墨烯，搅拌1h，得到第一混合物；
步骤S2、将水性聚氨酯树脂和复合乳液在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min，超声结束后，将改性填料缓缓加入，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到第二混合物；
步骤S3、将第一混合物和第二混合物混合，依次加入聚四氟乙烯水性分散液、防腐防霉杀菌剂、磺基琥珀酸二异辛脂钠、消泡剂、羧甲基纤维素钠、有机硅丙烯酸酯流平剂，磁力搅拌3h，静置12h消泡，制得水性环保防腐涂料。
实施例1
一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂30份、水性聚氨酯树脂25份、复合乳液5份、聚四氟乙烯水性分散液2份、改性填料6份、改性石墨烯5份、磺基琥珀酸二异辛脂钠0.5份、防腐防霉杀菌剂1份、消泡剂0.5份、羧甲基纤维素钠0.5份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.5份；
所述改性填料由如下方法制备：
(1)填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.1：1.5复配，制得填料；
(2)将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26％的氨水调节体系的pH＝9后，将温度升至80℃，继续搅拌65min，制得改性填料；
实施例2
一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂35份、水性聚氨酯树脂28份、复合乳液7份、聚四氟乙烯水性分散液2.5份、改性填料7份、改性石墨烯6份、磺基琥珀酸二异辛脂钠0.7份、防腐防霉杀菌剂1.5份、消泡剂0.8份、羧甲基纤维素钠0.7份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.8份；
(1)填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.15：1.6复配，制得填料；
(2)将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26％的氨水调节体系的pH＝9后，将温度升至80℃，继续搅拌38min，制得改性填料；
实施例3
一种水性环保涂料，由如下主要重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂40份、水性聚氨酯树脂30份、复合乳液8份、聚四氟乙烯水性分散液3份、改性填料8份、改性石墨烯8份、磺基琥珀酸二异辛脂钠1份、防腐防霉杀菌剂2份、消泡剂1份、羧甲基纤维素钠1份、有机硅丙烯酸酯流平剂1份；
(1)填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.2：1.8复配，制得填料；
(2)将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26％的氨水调节体系的pH＝9后，将温度升至80℃，继续搅拌65-70min，制得改性填料。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种水性环保涂料，其特征在于，由如下重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂30-40份、水性聚氨酯树脂25-30份、复合乳液5-8份、聚四氟乙烯水性分散液2-3份、改性填料6-8份、改性石墨烯5-8份、磺基琥珀酸二异辛酯钠0.5-1份、防腐防霉杀菌剂1-2份、消泡剂0.5-1份、羧甲基纤维素钠0.5-1份、有机硅丙烯酸酯流平剂0.5-1份；
其中，所述改性填料由如下方法制备：
（1）填料包括纳米CeO2、硫酸钡、纤维素纳米晶体；将纳米CeO2、硅溶胶、纤维素纳米晶体按照质量比为1:0.1-0.2：1.5-1.8复配，制得填料；
（2）将7.68g填料、92mL蒸馏水、50.3uL无水乙醇、48.7uL正硅酸乙酯依次加入烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至70℃后继续搅拌115min，然后加入质量分数为26%的氨水调节体系的pH=9后，将温度升至80℃，继续搅拌65-70min，制得改性填料；
所述复合乳液由如下方法制备：
（1）将11g甲基丙烯酸乙酯、6g烯丙苯、1.3g甲基三乙氧基硅烷混合均匀，制成混合单体，备用；将过硫酸钠溶于去离子水配制成质量分数为18%的过硫酸钠溶液，备用；
（2）在四口烧瓶中通入氮气，依次加入100mL去离子水、1.8g羧甲基壳聚糖及2.6mL乙二醇，68℃、700r/min条件下磁力搅拌至澄清透明；
（3）向其中加入60mL过硫酸钠溶液，15min后开始滴加混合单体，控制2h内滴加完毕，再加入15mL过硫酸钠溶液并升温至85℃，保温4h后停止反应，降至室温后，制得聚合乳液；
（4）将聚合乳液与天然乳胶按照质量之比为3-5:10混合，磁力搅拌2h至充分混合，静置12h消泡，制得复合乳液；
所述改性石墨烯由如下方法制备：
将氧化石墨烯粉末溶解于蒸馏水中，配制成质量分数为33%的氧化石墨烯溶液；将600mg十二烷基苯磺酸钠加入到120mL的氧化石墨烯溶液中，使用质量分数为10%的NaOH水溶液调节体系pH值至9-10，超声30min后，将反应物置于三口烧瓶内，80℃水浴搅拌24h，然后将反应体系降温至室温，过滤并用去离子水清洗至中性；然后加入0.6g硼氢化钠和1.2mL氨水，加热至90℃，搅拌反应3h；最后用去离子水清洗至中性，并将过滤物置于55℃真空干燥箱内干燥6h，得到改性石墨烯；
所述聚四氟乙烯水性分散液由如下方法制备：
将聚四氟乙烯与去离子水按照10g:23-28mL的比例混合，将混合物置于超声分散仪中超声分散75-80min，制得聚四氟乙烯水性分散液。
2.根据权利要求1所述的一种水性环保涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将水性丙烯酸树脂置于1000转/min的分散机中，缓慢加入改性石墨烯，搅拌1h，得到第一混合物；
步骤S2、将水性聚氨酯树脂和复合乳液在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min，超声结束后，将改性填料缓缓加入，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到第二混合物；
步骤S3、将第一混合物和第二混合物混合，依次加入聚四氟乙烯水性分散液、防腐防霉杀菌剂、磺基琥珀酸二异辛酯钠、消泡剂、羧甲基纤维素钠、有机硅丙烯酸酯流平剂，磁力搅拌3h，静置12h消泡，制得水性环保涂料。
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