CN111040558A - 高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法 - Google Patents

高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械工业用水性涂料技术领域，具体涉及高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法，所述水性丙烯酸涂料，包括水性丙烯酸树脂30～50份、分散剂A0.5～2份、胺中和剂0.05～1份、消泡剂0.05～1份、流平剂0.05～1份、润湿剂0.05～1份、成膜助剂1～15份、防沉剂0.1～2份、颜填料5～30份、增稠剂0.1～1份、蒸馏水15～30份、硅溶胶2～10份、分散剂B0.05～0.5份，其中分散剂B为醇胺类有机物。采用本发明配方及制备方法生产的水性丙烯酸涂料在25℃下的干燥速度提升明显，干燥4h后硬度可达到HB～H。

Description

高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及机械工业用水性涂料技术领域，具体涉及一种具有较快干燥速度且能有效提升漆膜硬度的高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法。
背景技术
传统溶剂型涂料中含有大量挥发性有机物(VOC)，制备和使用过程不仅会对大气环境造成一定污染，也会对人体健康造成损害。在环保意识强化的现代，开发低VOC的环保型涂料产品的重要意义逐渐凸显出来，水性涂料、高固含量涂料和粉末涂料等绿色涂料产品受到越来越多的关注，市场占有率持续增长。
现阶段的多种绿色涂料中，以水性涂料的发展最为迅速。水性涂料是指以水作为溶剂或分散介质的一类涂料，它的低VOC排放降低了对大气的污染，减小了爆炸、火灾等事故的可能性，同时大大提高了制作及施工的安全性。水性涂料的成膜物质包括醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等水基高分子。丙烯酸水性涂料在耐候性、光泽度和成膜速度方面均具有独特的优势，十分适合用于工业机械上。但在实际使用时，丙烯酸水性涂料会出现表干速度慢、表干后硬度上升速度慢的现象，造成施工后放置时间长、不能快速移动、降低机械工业生产效率的问题，进而对丙烯酸水性涂料在机械工业的使用范围造成限制。
发明内容
针对现有机械工业用丙烯酸水性涂料表干速度慢、表干后硬度上升速度慢的问题，本发明提供一种高性能水性丙烯酸涂料及其制备方法，采用本发明配方及制备方法生产的水性丙烯酸涂料在25℃下的干燥速度提升明显，干燥4h后硬度可达到HB～H。
第一方面，本发明提供一种高性能水性丙烯酸涂料，包括以下重量份原料：
水性丙烯酸树脂30～50份、分散剂A0.5～2份、胺中和剂0.05～1份、消泡剂0.05～1份、流平剂0.05～1份、润湿剂0.05～1份、成膜助剂1～15份、防沉剂0.1～2份、颜填料5～30份、增稠剂0.1～1份、蒸馏水15～30份、硅溶胶2～10份、分散剂B0.05～0.5份，其中分散剂B为醇胺类有机物。
进一步的，所述水性丙烯酸树脂为核壳结构的自交联丙烯酸水性乳液。
进一步的，所述分散剂A为高分子嵌段聚合物，
所述胺中和剂为不含金属离子的高分子聚合物，
所述消泡剂为炔二醇类高聚物消剂，
所述流平剂为聚醚改性硅氧烷类流平剂，
所述润湿剂为烷基聚氧乙烯醚，
所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和醇酯12中的至少一种，
所述防沉剂为二氧化硅，
所述颜填料为钛白粉、色粉、硫酸钡中的至少一种，
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂，
所述硅溶胶为mSiO2·nH2O。
第二方面，本发明提供一种高性能水性丙烯酸涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)部分蒸馏水加入研磨缸中，加入分散剂A、颜填料、部分消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入防沉剂和部分增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将硅溶胶倒入生产缸中，加入分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入成膜助剂、组分1、润湿剂、剩余消泡剂、组分2、流平剂、剩余增稠剂和剩余蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
进一步的，所述制备方法包括如下步骤：
(1)5～10份蒸馏水加入研磨缸中，加入0.5～2份分散剂A、5～30份颜填料、0.05～0.2份消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入0.1～2份防沉剂和0.05～0.2份增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将2～10份硅溶胶倒入生产缸中，加入0.05～0.5份分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将30～50份丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入0.05～1份胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入1～15份成膜助剂、组分1、0.05～1份润湿剂、剩余消泡剂、组分2、0.05～1份流平剂、剩余增稠剂和剩余蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
进一步的，所述制备方法包括如下步骤：
(1)8份蒸馏水加入研磨缸中，加入2份分散剂A、25份颜填料、0.1份消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入0.3份防沉剂和0.1份增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将3份硅溶胶倒入生产缸中，加入0.3份分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将45份丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入0.5份胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入3份成膜助剂、组分1、0.2份润湿剂、0.2份消泡剂、组分2、0.3份流平剂、0.2份增稠剂和11.8份蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
本发明的有益效果在于，
本发明提供一种高性能水性丙烯酸涂料，该涂料原料中包含硅溶胶，硅溶胶粒径明显小于水性丙烯酸树脂，能够很好地起到填充空隙的作用，从而提升硬度；
然而，向用于机械工业领域的水性丙烯酸金属漆中添加硅溶胶会影响成膜后的耐水、耐盐雾性能是本领域技术人员常识，本发明通过加入分散剂B醇胺类有机物的方式解决这一问题，醇胺类分散剂在分散硅溶胶时，包覆硅氧键所形成的基团相对嵌段高分子包覆物形成的基团在体积上会缩小一大半，形成更小、更多的包覆小基团，同时醇胺类分散剂在涂料成膜过程中更容易挥发，所产生的空隙会更小；
本发明的水性丙烯酸涂料在25℃下的干燥速度明显提升，干燥4h后硬度可达到HB～H。
另一方面，本发明还提供一种高性能水性丙烯酸涂料的制备方法，该方法分别制备组分1和组分2后再与水性丙烯酸树脂混合，组分2的制备属于对硅溶胶的预处理操作，通过高速搅拌和超声分散使硅溶胶与分散剂B的混合更加均匀，进而促进硅溶胶中的硅氧键在整个涂料体系中的均匀分散，加快干燥过程中的反应速度、提高反应活性，从而加快水性丙烯酸涂料的干燥速度；硅氧键结构均匀地填充在丙烯酸树脂的结构空隙中，进一步提升硬度，防止表面被破坏。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
高性能水性丙烯酸涂料，包括以下原料：
水性丙烯酸树脂、分散剂A、胺中和剂、消泡剂、流平剂、润湿剂、成膜助剂、防沉剂、颜填料、增稠剂、蒸馏水、硅溶胶、分散剂B，
其中，水性丙烯酸树脂核壳结构的自交联丙烯酸水性乳液，型号为万华0613，玻璃化温度25～27℃，固含量45％；
分散剂A为高分子嵌段聚合物，型号为BYK190；
胺中和剂为不含金属离子的高分子聚合物，本实施例选用二甲基乙醇胺中和剂；
消泡剂为炔二醇类高聚物消剂，型号为BYK012；
流平剂为聚醚改性硅氧烷类流平剂，型号为BYK347；
润湿剂为烷基聚氧乙烯醚，型号为BYK349；
成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和醇酯12；
防沉剂为气相二氧化硅，型号为赢创RS92；
颜填料为钛白粉、色粉和沉淀型硫酸钡；
增稠剂为聚氨酯类增稠剂，型号为OMG-R299；
硅溶胶为mSiO2·nH2O，型号为宇达化工CS-20；
分散剂B为醇胺类有机物，购自云清；
各原料的重量份数如表1所示。
本涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)蒸馏水加入研磨缸中，加入分散剂A、颜填料、消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入防沉剂和增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将硅溶胶倒入生产缸中，加入分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入成膜助剂、组分1、润湿剂、消泡剂、组分2、流平剂、增稠剂和蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
实施例2、3
如表1所示，实施例2、3与实施例1的区别在于各原料的重量份数不同，但制备方法相同。
对比例1、2
如表1所示，对比例1、2与实施例1的区别在于各原料的重量份数不同，对比例1、2的制备方法包括以下步骤：
(1)蒸馏水加入研磨缸中，加入分散剂A、颜填料、消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入防沉剂和增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入成膜助剂、组分1、润湿剂、消泡剂、流平剂、增稠剂和蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
表1实施例及对比例的原料用量(单位：重量份数)
Figure BDA0002328840970000061
Figure BDA0002328840970000071
测试例1
对实施例1-3、对比例1-2的水性丙烯酸涂料进行表干速度、5J冲击、硬度、耐水性、耐盐雾性测试，测试结果如表2所示。
表2实施例及对比例的性能测试结果
性能 标准 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
表干速度/min GBT1728 26 23 20 37 33
5J冲击 GBT1732 合格 合格 合格 合格 合格
4h硬度 GBT6739 HB HB H 2B 2B
耐水性/h GBT5209 24 24 24 24 24
耐盐雾性/h GBT1771 72 72 72 72 72
通过表2可以看出，本发明水性丙烯酸涂料的表干速度快，干燥4h后硬度HB～H，明显优于对比例1、2，应用到机械工业领域时，可明显缩短施工后装置的放置时间，施工后装置能够快速移动，提升了机械工业生产效率。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (7)

1.高性能水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸涂料包括以下重量份原料：
水性丙烯酸树脂30～50份、分散剂A0.5～2份、胺中和剂0.05～1份、消泡剂0.05～1份、流平剂0.05～1份、润湿剂0.05～1份、成膜助剂1～15份、防沉剂0.1～2份、颜填料5～30份、增稠剂0.1～1份、蒸馏水15～30份、硅溶胶2～10份、分散剂B0.05～0.5份，其中分散剂B为醇胺类有机物。
2.如权利要求1所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂为核壳结构的自交联丙烯酸水性乳液。
3.如权利要求1所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述分散剂A为高分子嵌段聚合物，所述胺中和剂为不含金属离子的高分子聚合物，
所述消泡剂为炔二醇类高聚物消剂，
所述流平剂为聚醚改性硅氧烷类流平剂，
所述润湿剂为烷基聚氧乙烯醚。
4.如权利要求1所述的水性丙烯酸涂料，其特征在于，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和醇酯12中的至少一种，
所述防沉剂为二氧化硅，
所述颜填料为钛白粉、色粉、硫酸钡中的至少一种，
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂，
所述硅溶胶为mSiO2·nH2O。
5.如权利要求1～4任一项所述的水性丙烯酸涂料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
(1)部分蒸馏水加入研磨缸中，加入分散剂A、颜填料、部分消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入防沉剂和部分增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将硅溶胶倒入生产缸中，加入分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入成膜助剂、组分1、润湿剂、剩余消泡剂、组分2、流平剂、剩余增稠剂和剩余蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
6.如权利要求5所述的水性丙烯酸涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)5～10份蒸馏水加入研磨缸中，加入0.5～2份分散剂A、5～30份颜填料、0.05～0.2份消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入0.1～2份防沉剂和0.05～0.2份增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将2～10份硅溶胶倒入生产缸中，加入0.05～0.5份分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将30～50份丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入0.05～1份胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入1～15份成膜助剂、组分1、0.05～1份润湿剂、剩余消泡剂、组分2、0.05～1份流平剂、剩余增稠剂和剩余蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
7.如权利要求5所述的水性丙烯酸涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)8份蒸馏水加入研磨缸中，加入2份分散剂A、25份颜填料、0.1份消泡剂，2000r/min下搅拌10～15min，搅拌过程中加入0.3份防沉剂和0.1份增稠剂，使用锆珠进行研磨，待细度<20μm后停止研磨，得到组分1备用；
(2)将3份硅溶胶倒入生产缸中，加入0.3份分散剂B，2000r/min下搅拌15min后，倒入密封罐中超声分散20min，得到组分2；
(3)将45份丙烯酸乳液倒入生产缸中，1000r/min下搅拌并加入0.5份胺中和剂，调节pH值至8～9后，调节转速至2000r/min搅拌并加入3份成膜助剂、组分1、0.2份润湿剂、0.2份消泡剂、组分2、0.3份流平剂、0.2份增稠剂和11.8份蒸馏水，调节黏度后得到高性能水性丙烯酸涂料。
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