CN109021788A - 一种水性防腐环保涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性防腐环保涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性防腐环保涂料，其特征在于，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂40‑50份、基料30‑50份、填料5‑10份、改性氧化石墨烯4‑6份、光催化剂1‑2份、乳化剂1‑3份、有机硅丙烯酸酯流平剂2‑3份、磺基琥珀酸二异辛脂钠3‑5份、NXZ消泡剂2‑5份、羟乙基纤维素2‑3份、去离子水20‑30份、2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇0.5‑1份；本发明还公开了所述涂料的制备方法，包括水性环氧树脂乳化、填料混合物的制备、基料混合物的制备、研磨搅拌均匀等步骤。本发明采用硅酸钾、硅酸钠与硅溶胶复配作为基料，水性环氧树脂作为乳液，以水作为分散介质，避免了使用有机溶剂造成的环境污染和资源浪费，生产、使用过程无污染，环保性能和力学性能优异。

Description

一种水性防腐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，涉及一种水性防腐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防腐环保涂料及其制备方法，以解决现有技术中的如下技术问题：(1)传统涂料采用有机溶剂作为分散介质，环保性能达不到要求；(2)传统涂料会释放出大量的甲醛等有害物质；(3)传统涂料的力学性能不佳，易腐蚀、开裂、脱落。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种水性防腐环保涂料，其特征在于，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂40-50份、基料30-50份、填料5-10份、改性氧化石墨烯4-6份、光催化剂1-2份、乳化剂1-3份、有机硅丙烯酸酯流平剂2-3份、磺基琥珀酸二异辛脂钠3-5份、NXZ消泡剂2-5份、羟乙基纤维素2-3份、去离子水20-30份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5-1份；
所述水性防腐环保涂料由如下步骤制备而成：
步骤S1、将水性环氧树脂加热到40-50℃，然后边缓慢搅拌边添加乳化剂，搅拌均匀后，将转速增加到2000-3000r/min并开始添加一半的去离子水，去离子水添加完毕后形成一个白色稳定的乳液，继续高速搅拌30-35min，得树脂乳液；
步骤S2、按比例配好填料、改性氧化石墨烯、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、一半的NXZ消泡剂、有机硅丙烯酸酯流平剂、一半的去离子水，混合后经过低速800r/min的速度分散搅拌，再进行高速2000-2500r/min的速度研磨搅拌1-1.2h，得混合物I；
步骤S3、将基料、光催化剂、一半的NXZ消泡剂、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇混合，低速800r/min的速度分散搅拌15-18min，得混合物II；
步骤S4、将混合物I、混合物II加入树脂乳液中，再加入羟乙基纤维素，低速800r/min的速度分散搅拌30min，再用200目筛网过滤得到涂料成品。
进一步地，所述基料为硅酸钾、硅酸钠与硅溶胶按照质量之比为3-6:1-3:1-3复配而成。
进一步地，所述填料采用钛白粉、高岭土、滑石粉、纳米二氧化钛，并且四者质量之比为4-5:2-3：2-3:0.2-1。
进一步地，所述改性氧化石墨烯由如下方法制备而成：向干燥的三口烧瓶中加入N，N-二甲基甲酰胺200mL，然后加入200mg氧化石墨烯，超声处理100-120min，得到悬浮液；在350-400r/min的搅拌条件下向悬浮液中依次加入32g苯胺、6g碳二亚胺，超声处理5min；将三口烧瓶置于恒温油浴锅中加热搅拌，控制温度125℃，搅拌反应42-46h；向三口烧瓶中加入80mL无水乙醇，超声处理5min后转入烧杯中静置分层，静置11-13h后去除上层清液，并用乙醇、去离子水分别洗涤沉淀3-5次，将固体放入干燥箱中70℃烘干至恒重，得到改性氧化石墨烯。
进一步地，所述光催化剂由如下方法制备而成：称取7g氯化锑溶入20mL乙酸中制成预备液，在搅拌下把预备液加入75mL无水乙醇中，加热到85℃后，往里缓慢滴加10mL正硅酸乙酯，滴加完保温45-50min，加入氨水调节溶液的PH值至7，再搅拌加热8-9h，把得到的液体沉淀分离、干燥并于550℃下焙烧、研磨成粉体，制得光催化剂。
一种水性防腐环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将水性环氧树脂加热到40-50℃，然后边缓慢搅拌边添加乳化剂，搅拌均匀后，将转速增加到2000-3000r/min并开始添加一半的去离子水，去离子水添加完毕后形成一个白色稳定的乳液，继续高速搅拌30-35min，得树脂乳液；
步骤S2、按比例配好填料、改性氧化石墨烯、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、一半的NXZ消泡剂、有机硅丙烯酸酯流平剂、一半的去离子水，混合后经过低速800r/min的速度分散搅拌，再进行高速2000-2500r/min的速度研磨搅拌1-1.2h，得混合物I；
步骤S3、将基料、光催化剂、一半的NXZ消泡剂、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇混合，低速800r/min的速度分散搅拌15-18min，得混合物II；
步骤S4、将混合物I、混合物II加入树脂乳液中，再加入羟乙基纤维素，低速800r/min的速度分散搅拌30min，再用200目筛网过滤得到涂料成品。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用硅酸钾、硅酸钠与硅溶胶复配作为基料，水性环氧树脂作为乳液，以水作为分散介质，避免了使用有机溶剂造成的环境污染和资源浪费，生产、使用过程无污染，环保性能优异；
(2)本发明的基料中，硅酸钾在空气中形成无定形硅酸凝胶，能够堵塞细小孔隙从而防止水渗透；硅酸钠溶液能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，从而提高材料的抗风化能力；硅溶胶能够通过毛细管作用渗透到基材内部，渗透到基材内部的细小颗粒与涂料中的无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物，有着较强的附着力，作为涂料的基料，使得涂料具有耐火、耐水、耐磨、耐盐雾和耐沾污等优点；
(3)本发明在涂料中添加了改性氧化石墨烯，通过在氧化石墨烯上引入氨基基团，氨基基团与环氧基团具有较强的化学键作用，能够提高氧化石墨烯与环氧树脂的相容性，使氧化石墨烯能够均匀分散于涂料体系中，体系应力分布均匀，且能发挥增韧作用，因而拉伸性能和冲击性能增强，涂料的力学性能强；
(4)本发明在涂料中添加了光催化剂，为TiO2光催化剂，并掺杂了金属锑，TiO2光催化剂对有机污染物(主要包括甲醛)的光催化氧化表现出较高的活性，甲醛分子被涂料吸附直至达到平衡，随后在光照下被分散到涂料中的TiO2光催化剂降解；金属锑掺杂的TiO2不仅可将TiO2的吸收扩展至可见光区，而且掺杂的金属量为6-7％，能够抑制电子-空穴的复合，大大提高其光催化效率，提高降解除去甲醛的效果。
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。
一种水性防腐环保涂料，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂40-50份、基料30-50份、填料5-10份、改性氧化石墨烯4-6份、光催化剂1-2份、乳化剂1-3份、有机硅丙烯酸酯流平剂2-3份、磺基琥珀酸二异辛脂钠3-5份、NXZ消泡剂2-5份、羟乙基纤维素2-3份、去离子水20-30份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5-1份；
所述基料为硅酸钾、硅酸钠与硅溶胶按照质量之比为3-6:1-3:1-3复配而成；其中，硅酸钾在空气中形成无定形硅酸凝胶，能够堵塞细小孔隙从而防止水渗透；硅酸钠溶液能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，从而提高材料的抗风化能力；硅溶胶能够通过毛细管作用渗透到基材内部，渗透到基材内部的细小颗粒与涂料中的无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物，有着较强的附着力，作为涂料的基料，使得涂料具有耐火、耐水、耐磨、耐盐雾和耐沾污等优点；
所述填料采用钛白粉、高岭土、滑石粉、纳米二氧化钛，并且四者质量之比为4-5:2-3：2-3:0.2-1；所述填料具备耐高温、相对密度小、导热率低、粒径分布合理等优点；
所述改性氧化石墨烯由如下方法制备而成：向干燥的三口烧瓶中加入N，N-二甲基甲酰胺200mL，然后加入200mg氧化石墨烯，超声处理100-120min，得到悬浮液；在350-400r/min的搅拌条件下向悬浮液中依次加入32g苯胺、6g碳二亚胺，超声处理5min；将三口烧瓶置于恒温油浴锅中加热搅拌，控制温度125℃，搅拌反应42-46h；向三口烧瓶中加入80mL无水乙醇，超声处理5min后转入烧杯中静置分层，静置11-13h后去除上层清液，并用乙醇、去离子水分别洗涤沉淀3-5次，将固体放入干燥箱中70℃烘干至恒重，得到改性氧化石墨烯；
通过在氧化石墨烯上引入氨基基团，氨基基团与环氧基团具有较强的化学键作用，能够提高氧化石墨烯与环氧树脂的相容性，使氧化石墨烯能够均匀分散于涂料体系中，体系应力分布均匀，且能发挥增韧作用，因而拉伸性能和冲击性能增强；
所述光催化剂由如下方法制备而成：称取7g氯化锑溶入20mL乙酸中制成预备液，在搅拌下把预备液加入75mL无水乙醇中，加热到85℃后，往里缓慢滴加10mL正硅酸乙酯，滴加完保温45-50min，加入氨水调节溶液的PH值至7，再搅拌加热8-9h，把得到的液体沉淀分离、干燥并于550℃下焙烧、研磨成粉体，制得光催化剂；
所述光催化剂为TiO2光催化剂，并掺杂了金属锑，TiO2光催化剂对有机污染物(主要包括甲醛)的光催化氧化表现出较高的活性，甲醛受到光照射后发生降解反应，降解反应发生之前首先是甲醛分子被涂料吸附直至达到平衡，随后在光照下被分散到涂料中的TiO2光催化剂降解；金属锑掺杂的TiO2不仅可将TiO2的吸收扩展至可见光区，而且掺杂的金属量为6-7％，能够抑制电子-空穴的复合，大大提高其光催化效率，提高降解除去甲醛的效果；
所述乳化剂采用SYNTHRO-COMP609B乳化剂；
所述水性防腐环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将水性环氧树脂加热到40-50℃，然后边缓慢搅拌边添加乳化剂，搅拌均匀后，将转速增加到2000-3000r/min并开始添加一半的去离子水，去离子水添加完毕后形成一个白色稳定的乳液，继续高速搅拌30-35min，得树脂乳液；
步骤S2、按比例配好填料、改性氧化石墨烯、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、一半的NXZ消泡剂、有机硅丙烯酸酯流平剂、一半的去离子水，混合后经过低速800r/min的速度分散搅拌，再进行高速2000-2500r/min的速度研磨搅拌1-1.2h，得混合物I；
步骤S3、将基料、光催化剂、一半的NXZ消泡剂、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇混合，低速800r/min的速度分散搅拌15-18min，得混合物II；
步骤S4、将混合物I、混合物II加入树脂乳液中，再加入羟乙基纤维素，低速800r/min的速度分散搅拌30min，再用200目筛网过滤得到涂料成品。
实施例1
一种水性防腐环保涂料，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂40份、基料30份、填料5份、改性氧化石墨烯4份、光催化剂1份、乳化剂1份、有机硅丙烯酸酯流平剂2份、磺基琥珀酸二异辛脂钠3份、NXZ消泡剂2份、羟乙基纤维素2份、去离子水20份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5份；
实施例2
一种水性防腐环保涂料，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂45份、基料40份、填料8份、改性氧化石墨烯5份、光催化剂1.5份、乳化剂2份、有机硅丙烯酸酯流平剂2.5份、磺基琥珀酸二异辛脂钠4份、NXZ消泡剂3.5份、羟乙基纤维素2.5份、去离子水25份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.8份；
实施例3
一种水性防腐环保涂料，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂50份、基料50份、填料10份、改性氧化石墨烯6份、光催化剂2份、乳化剂3份、有机硅丙烯酸酯流平剂3份、磺基琥珀酸二异辛脂钠5份、NXZ消泡剂5份、羟乙基纤维素3份、去离子水30份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇1份；
在合适尺寸的模具中加入实施例1-3制得的涂料样品，放入150℃的鼓风烘箱中固化2h，取出冷却至室温，将制得模具中的样品取出并放置在温度为(25±2)℃、相对湿度为(65±5)％的环境中24h后再进行测试；拉伸性能按ASTMD638-2008测试，加载速度为5mm/min，冲击强度按GB/T2571-1995测试，无缺口冲击试样；
实施例1的涂料样品拉伸强度为50.46MPa，冲击强度为5.78kJ/m2；实施例2的涂料样品拉伸强度为49.85MPa，冲击强度为5.63kJ/m2；实施例3的涂料样品拉伸强度为50.97MPa，冲击强度为5.22kJ/m2；
本发明实施例1-3制备得到的涂料的拉伸强度为49.85-50.97MPa，冲击强度为5.22-5.78kJ/m2。
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 (6)

1.一种水性防腐环保涂料，其特征在于，由如下重量份的主要原料制备而成：水性环氧树脂40-50份、基料30-50份、填料5-10份、改性氧化石墨烯4-6份、光催化剂1-2份、乳化剂1-3份、有机硅丙烯酸酯流平剂2-3份、磺基琥珀酸二异辛脂钠3-5份、NXZ消泡剂2-5份、羟乙基纤维素2-3份、去离子水20-30份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5-1份；
所述水性防腐环保涂料由如下步骤制备而成：
步骤S1、将水性环氧树脂加热到40-50℃，然后边缓慢搅拌边添加乳化剂，搅拌均匀后，将转速增加到2000-3000r/min并开始添加一半的去离子水，去离子水添加完毕后形成一个白色稳定的乳液，继续高速搅拌30-35min，得树脂乳液；
步骤S2、按比例配好填料、改性氧化石墨烯、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、一半的NXZ消泡剂、有机硅丙烯酸酯流平剂、一半的去离子水，混合后经过低速800r/min的速度分散搅拌，再进行高速2000-2500r/min的速度研磨搅拌1-1.2h，得混合物I；
步骤S3、将基料、光催化剂、一半的NXZ消泡剂、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇混合，低速800r/min的速度分散搅拌15-18min，得混合物II；
步骤S4、将混合物I、混合物II加入树脂乳液中，再加入羟乙基纤维素，低速800r/min的速度分散搅拌30min，再用200目筛网过滤得到涂料成品。
2.根据权利要求1所述的一种水性防腐环保涂料，其特征在于，所述基料为硅酸钾、硅酸钠与硅溶胶按照质量之比为3-6:1-3:1-3复配而成。
3.根据权利要求1所述的一种水性防腐环保涂料，其特征在于，所述填料采用钛白粉、高岭土、滑石粉、纳米二氧化钛，并且四者质量之比为4-5:2-3：2-3:0.2-1。
4.根据权利要求1所述的一种水性防腐环保涂料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯由如下方法制备而成：向干燥的三口烧瓶中加入N，N-二甲基甲酰胺200mL，然后加入200mg氧化石墨烯，超声处理100-120min，得到悬浮液；在350-400r/min的搅拌条件下向悬浮液中依次加入32g苯胺、6g碳二亚胺，超声处理5min；将三口烧瓶置于恒温油浴锅中加热搅拌，控制温度125℃，搅拌反应42-46h；向三口烧瓶中加入80mL无水乙醇，超声处理5min后转入烧杯中静置分层，静置11-13h后去除上层清液，并用乙醇、去离子水分别洗涤沉淀3-5次，将固体放入干燥箱中70℃烘干至恒重，得到改性氧化石墨烯。
5.根据权利要求1所述的一种水性防腐环保涂料，其特征在于，所述光催化剂由如下方法制备而成：称取7g氯化锑溶入20mL乙酸中制成预备液，在搅拌下把预备液加入75mL无水乙醇中，加热到85℃后，往里缓慢滴加10mL正硅酸乙酯，滴加完保温45-50min，加入氨水调节溶液的PH值至7，再搅拌加热8-9h，把得到的液体沉淀分离、干燥并于550℃下焙烧、研磨成粉体，制得光催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种水性防腐环保涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将水性环氧树脂加热到40-50℃，然后边缓慢搅拌边添加乳化剂，搅拌均匀后，将转速增加到2000-3000r/min并开始添加一半的去离子水，去离子水添加完毕后形成一个白色稳定的乳液，继续高速搅拌30-35min，得树脂乳液；
步骤S2、按比例配好填料、改性氧化石墨烯、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、一半的NXZ消泡剂、有机硅丙烯酸酯流平剂、一半的去离子水，混合后经过低速800r/min的速度分散搅拌，再进行高速2000-2500r/min的速度研磨搅拌1-1.2h，得混合物I；
步骤S3、将基料、光催化剂、一半的NXZ消泡剂、一半的磺基琥珀酸二异辛脂钠、2-氨基-2-甲基-1-丙醇混合，低速800r/min的速度分散搅拌15-18min，得混合物II；
步骤S4、将混合物I、混合物II加入树脂乳液中，再加入羟乙基纤维素，低速800r/min的速度分散搅拌30min，再用200目筛网过滤得到涂料成品。
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