CN110845879A - 一种新型环保的水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型环保的水性涂料及其制备方法，该涂料原料包括如下组分：硅酸盐溶液、硅丙乳液、成膜助剂、锌粉、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂、纳米二氧化硅和纳米二氧化钛，制备时将依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中搅拌均匀制得硅酸盐‑硅丙杂化乳液；再将锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂依次加入硅酸盐‑硅丙杂化乳液中搅拌均匀，得到一种新型环保的水性涂料；制得的涂料具有优异的防腐蚀性能、柔韧性以及良好的综合力学性能。

Description

一种新型环保的水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料配方技术领域，具体为一种新型环保的水性涂料及其制备方法。
背景技术
传统溶剂型涂料在其制造和使用过程中含有大量的有机挥发物，给环境带来了污染和破坏，对人体也造成了损害。而解决这类问题的根本方法就是用水性涂料取代传统的溶剂型涂料。金属的腐蚀给人们带来了巨大的经济损失，目前，每年由于金属腐蚀所造成的损失大约占世界生产总值的5％，这部分损失超过了由火灾、风灾、地震所造成损失的总和。所以，金属防腐是各行业专家面临的问题，涂装防腐蚀涂料是最有效、最经济、最常用的方法，并且在有些领域涂装涂料几乎是惟一可行的防腐蚀方法。
在申请号为CN110437654A公开了一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法，包含该水性无机富锌防腐涂料包括30-50wt％硅酸盐、45-70wt％二维阻隔材料和0-5wt％涂料助剂；所述硅酸盐溶液的模数大于等于4.0，所述二维阻隔材料包括改性片状锌粉、改性绢云母和石墨烯，所述改性片状锌粉为片状锌粉通过表面改性剂改性制得，所述改性绢云母为绢云母通过表面改性剂改性制得，所述表面改性剂为有机硅烷偶联剂。该涂料虽然具有相较于普通的有机富锌涂料的耐腐蚀性能增加，而且采用片状锌增加了锌粉的接触面积，提高涂料的耐腐蚀性，但是涂料的附着力小，脆度大，受外力涂层易破碎脱落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种新型环保的水性涂料及其制备方法。
本发明为一种新型环保的水性涂料，该涂料原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002316463950000021
进一步地，该涂料原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002316463950000022
进一步地，硅酸盐溶液采用无机硅酸钾水溶液或无机硅酸钠水溶液。
进一步地。锌粉为鳞片状锌粉与球状锌粉按质量比(4-5):1的比例制成的混合锌粉。
进一步地，增稠剂选高效聚氨酯增稠剂SN-612或羟乙基纤维素其中之一。
进一步地，硅丙乳液的制备方法为：向反应釜A中依次加入0.6-0.9质量份的反应型乳化剂、25-40质量份的去离子水，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min；再向反应釜A中依次加入2-8质量份的聚氨酯丙烯酸酯、2-6质量份的丙烯酸异辛酯和1-3质量份的丙烯酸，在400-500r/min的转速下搅拌30-35min，制得预乳剂；向带有回流装置的反应釜B中依次加入0.2-0.4质量份的反应型乳化剂、15-20质量份的去离子水和0.15-0.3质量份的缓冲剂，在250-350r/min的转速下搅拌10-15min；向反应釜B中缓慢添加3-6质量份的预乳剂，在80-85℃下回流5-6小时，直至回流装置无明显回流现象；将制得的剩余预乳剂和4-8质量份的硅烷偶联剂依次缓慢添加到反应釜B中，在85-90℃下反应30-45min；最后利用氨水将PH调节到7-8之间，经100目筛网过滤出料，得到硅丙乳液。
上述新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在300-500r/min的转速下搅拌20-30min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-500r/min的转速下搅拌30min；得到新型环保的水性涂料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种新型环保的水性涂料及其制备方法，水性无机硅酸富锌涂料通过硅酸盐的羟基、金属锌粉和基材中的铁原子进行多重交联反应，形成牢固致密的硅酸锌铁络合物。快干、优异的抗腐蚀性、耐磨性、涂料复配灵活，耐化学药品性、耐溶剂性、耐碱性、硬度高。
鳞片状锌粉和球状锌粉按比例混合使用代替传统单一球状锌粉作为颜填料，锌粉形状改变使得空间结构发生改变，材料致密性增加。锌粉具有阴极保护作用，水性无机富锌涂层中含有大量的锌，当水和电解质侵蚀时，锌与钢铁基体构成了腐蚀电池，无机涂料具有良好的导电性，锌与钢铁之间产生电流发生化学反应，锌被溶解，钢铁基体没有腐蚀发生，从而有防腐蚀的效果，防锈性能优异，而且可耐受400度高温，焊接切割时烧损面积小。
添加按比例添加纳米二氧化硅和纳米纳米二氧化钛，由于纳米粒子的粒径小，比表面积大、表面原子数多，在其加入涂料体系后，极易与树脂中的氧起液分子间的键合力以及乳胶颗粒之间的结合力，从而提高涂膜致密性。
在此基础上，利用聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯和丙烯酸配以硅烷偶联剂合成一种硅丙乳液，作为有机成膜物添加到硅酸盐溶液中，不仅可以提高涂膜的附着力而且增加涂膜的柔韧性，静态时，有机成膜物与无机硅酸盐之间起交联作用，加固膜结构，受到外力作用时，氢键被拉开，链段移动后产生新的氢键，有缓冲作用，避免涂面受外力剪切时脆度大而断裂。
本发明中通过硅酸盐溶液、硅丙乳液、成膜助剂、锌粉、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂、纳米二氧化硅和纳米二氧化钛经合理调配制备的涂料具有优异的防腐蚀性能、柔韧性以及良好的综合力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1-7所用到的原料及来源如表1所示。
表1：
原料 来源
硅酸盐溶液 国药集团化学试剂有限公司
反应剂乳化剂 艾迪科精细化工有限公司
去离子水 合肥景纯水销售公司
聚氨酯丙烯酸酯 广东翁江化学试剂有限公司
丙烯酸异辛酯 广东翁江化学试剂有限公司
丙烯酸 广东翁江化学试剂有限公司
缓冲剂 广东翁江化学试剂有限公司
硅烷偶联剂 广东翁江化学试剂有限公司
氨水 广东翁江化学试剂有限公司
成膜助剂 广州祺朗化工有限公司
锌粉 江苏科憃有色金属新材料
流平助剂 上海凯茵化工有限公司
湿润剂 上海凯茵化工有限公司
分散剂 上海凯茵化工有限公司
高效聚氨酯增稠剂SN-612 广州冠志化工有限公司
羟乙基纤维素 河北兴泰纤维素有限公司
纳米二氧化硅 潍坊明诚新材料有限公司
纳米二氧化钛 北京德科岛金科技有限公司
实施例1：
本发明实施例中，一种新型环保的水性涂料，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316463950000051
Figure BDA0002316463950000061
其中硅丙乳液的制备方法为：向反应釜A中依次加入0.7质量份的反应型乳化剂、30质量份的去离子水，在450-550r/min的转速下搅拌25min；再向反应釜A中依次加入6质量份的聚氨酯丙烯酸酯、5质量份的丙烯酸异辛酯和3质量份的丙烯酸，在450r/min的转速下搅拌32min，制得预乳剂；向带有回流装置的反应釜B中依次加入0.3质量份的反应型乳化剂、15质量份的去离子水和0.2质量份的缓冲剂，在300r/min的转速下搅拌15min；向反应釜B中缓慢添加4质量份的预乳剂，在80-85℃下回流5.5小时，直至回流装置无明显回流现象；将制得的剩余预乳剂和6质量份的硅烷偶联剂依次缓慢添加到反应釜B中，在85-90℃下反应40min；最后利用氨水将PH调节到7-8之间，经100目筛网过滤出料，得到硅丙乳液。
一种新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在300-350r/min的转速下搅拌20-25min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-450r/min的转速下搅拌30min；得到新型环保的水性涂料。
实施例2
本发明实施例中，一种新型环保的水性涂料，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002316463950000071
其中硅丙乳液的制备方法的制备方法同实施例1。
一种新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在450-500r/min的转速下搅拌20-30min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在450-500r/min的转速下搅拌35-40min；得到新型环保的水性涂料。
实施例3
本发明实施例中，一种新型环保的水性涂料，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002316463950000072
Figure BDA0002316463950000081
其中硅丙乳液的制备方法的制备方法同实施例1。
一种新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在350-400r/min的转速下搅拌20-25min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-450r/min的转速下搅拌30-35min；得到新型环保的水性涂料。
实施例4
本发明实施例中，一种新型环保的水性涂料，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002316463950000082
其中硅丙乳液的制备方法的制备方法同实施例1。
一种新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在400-450r/min的转速下搅拌25-30min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-450r/min的转速下搅拌35-40min；得到新型环保的水性涂料。
实施例5
本发明实施例中，一种新型环保的水性涂料，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002316463950000091
其中硅丙乳液的制备方法的制备方法同实施例1。
一种新型环保的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在400-450r/min的转速下搅拌24-27min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-450r/min的转速下搅拌34-37min；得到新型环保的水性涂料。
将实施例1-5制备的涂料，依据GB/T 6739-2006《色漆与清漆铅笔法测定漆膜硬度》测试其涂层硬度；依据GB/T 1728-1989《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试其涂层干燥时间；依据GB/T 5210-1985《涂层附着力的测定法拉开法》测试其附着力；依据GB/T1731-1993《漆膜柔韧性测定法》测试其柔韧性能；依据GB/T1733-1993《漆膜耐水性测定法》测试其耐水性能；依据GB/T 1771-2007《色漆与清漆耐中性盐雾的测定》测试其耐盐雾性。其结果如表2所示。
表2：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种新型环保的水性涂料，其特征在于，该涂料原料包括如下重量份的组分：
Figure FDA0002316463940000011
2.如权利要求1所述的新型环保的水性涂料，其特征在于，该涂料原料包括如下重量份的组分：
Figure FDA0002316463940000012
3.如权利要求1或2所述的新型环保的水性涂料，其特征在于，所述硅酸盐溶液采用无机硅酸钾水溶液或无机硅酸钠水溶液。
4.如权利要求1或2所述的新型环保的水性涂料，其特征在于，所述锌粉为鳞片状锌粉与球状锌粉按质量比(4-5):1的比例制成的混合锌粉。
5.如权利要求1或2所述的新型环保的水性涂料，其特征在于，所述增稠剂采用高效聚氨酯增稠剂SN-612或羟乙基纤维素。
6.如权利要求1或2所述的新型环保的水性涂料，其特征在于，所述硅丙乳液的制备方法为：向反应釜A中依次加入0.6-0.9质量份的反应型乳化剂、25-40质量份的去离子水，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min；再向反应釜A中依次加入2-8质量份的聚氨酯丙烯酸酯、2-6质量份的丙烯酸异辛酯和1-3质量份的丙烯酸，在400-500r/min的转速下搅拌30-35min，制得预乳剂；向带有回流装置的反应釜B中依次加入0.2-0.4质量份的反应型乳化剂、15-20质量份的去离子水和0.15-0.3质量份的缓冲剂，在250-350r/min的转速下搅拌10-15min；向反应釜B中缓慢添加3-6质量份的预乳剂，在80-85℃下回流5-6小时，直至回流装置无明显回流现象；将制得的剩余预乳剂和4-8质量份的硅烷偶联剂依次缓慢添加到反应釜B中，在85-90℃下反应30-45min；最后利用氨水将PH调节到7-8之间，经100目筛网过滤出料，得到硅丙乳液。
7.如权利要求1或2所述的新型环保的水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取上述原料，依次将硅酸盐溶液和硅丙乳液添加到反应釜C中，在300-500r/min的转速下搅拌20-30min；制得硅酸盐-硅丙杂化乳液。
(2)向反应釜C中依次加入锌粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、湿润剂、分散剂、增稠剂、流平剂和成膜助剂，在400-500r/min的转速下搅拌30-40min；得到新型环保的水性涂料。
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