CN111253846B - 一种人造草坪用喷绘涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人造草坪用喷绘涂料及其制备方法，涉及人造草坪涂料技术领域。其技术要点是：一种人造草坪用喷绘涂料，包括A组分和B组分，所述A组分的原料包括如下重量份数的组分：硅酸乙酯20‑30份；聚氨酯乳液15‑25份；丙烯酸乳液8‑10份；无机导热填料3‑10份；有机导热填料6‑8份；硅烷偶联剂1‑3份；助剂4‑8份；溶剂30‑60份；所述B组分是5‑10份的环氧树脂。本发明制备的涂料具有疏水、不易粘附粉尘、散热效果好的优点。

Description

一种人造草坪用喷绘涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造草坪涂料技术领域，尤其是涉及一种人造草坪用喷绘涂料及其制备方法。
背景技术
人造草坪按生产工艺分为注塑人造草坪和编织人造草坪。注塑人造草坪采用注塑工艺，将塑料颗粒在模具中一次挤压成型，并用打弯技术将草坪弯曲，使草叶等距、等量规律排布，草叶高度完全统一。适用于幼儿园、运动场、阳台、绿化、沙金等方面。人造草坪采用仿生学原理，具有良好的弹性和运动性能，可以有效减低运动伤害，但也存在着一个严重的问题：人造草坪温度较天然草坪高很多，散热性能差。这主要是由于其不具备天然草坪中水分气化的降温的作用。在气温较高或者太阳照射时间较长的情况下，人造草坪的高温会增加运动伤害，甚至造成皮肤灼伤，所以制备散热型的人造草坪成为该领域的必然趋势。
在公开号为CN105647254A的中国发明专利中公开了一种用于人造草坪的抗菌型氧化石墨烯散热涂料及其制备方法，该涂料所含原料及各原料的重量份数为：光固化氧化石墨烯1～10份，植物基光固化树脂50～80份，抗菌性活性单体10～30份，光引发剂1～4份，抗菌助剂1～3份。
上述的现有技术方案存在以下缺陷：由于上述的人造草坪不具备疏水、防水功能，在使用过程中，草坪表面易呈潮湿状态，容易粘附粉尘，滋生细菌，难以彻底洗净，由于粘附在草坪表面的粉尘等会影响传热，从而导致散热效果较差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种人造草坪用喷绘涂料，其具有疏水、不易粘附粉尘、散热效果好的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种人造草坪用喷绘涂料的制备方法，该方法制备的涂料具有疏水、不易粘附粉尘、散热效果好的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种人造草坪用喷绘涂料，包括A组分和B组分，所述A组分的原料包括如下重量份数的组分：
硅酸乙酯20-30份；
聚氨酯乳液15-25份；
丙烯酸乳液8-10份；
无机导热填料3-10份；
有机导热填料6-8份；
硅烷偶联剂1-3份；
助剂4-8份；
溶剂30-60份；
所述B组分是5-10份的环氧树脂。
通过采用上述技术方案，本发明采用硅酸乙酯、聚氨酯乳液和丙烯酸乳液复配，并采用环氧树脂作为聚氨酯乳液的固化剂，不需要再另外加入固化剂，通过硅烷偶联剂的偶联作用后，使得无机导热填料和有机导热填料在涂料中分散均匀，避免导热填料发生团聚，无机导热填料和有机导热填料起到散热作用，最终得到具有疏水、防污、散热性能的涂料。该涂料喷涂在人造草坪表面固化后，可以使得草坪具有疏水、防污效果，在使用过程中不容易粘附粉尘，也不易滋生细菌，不会影响无机导热填料和有机导热填料的散热效果，能够增强本发明的涂料的散热效果。其中，助剂可以是本领域常用的流平剂、消泡剂、固化剂等，可以根据需要选择。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述无机导热填料选自纳米氮化铝、纳米氧化铝、纳米陶瓷微粉中的至少一种。
通过采用上述技术方案，纳米氮化铝、纳米氧化铝、纳米陶瓷微粉可以提高涂料的导热系数，从而提高涂料的散热效率；由于纳米氮化铝、纳米氧化铝、纳米陶瓷微粉硬度较高，还可以提高涂料的耐磨性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述有机导热填料选自碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
通过采用上述技术方案，碳纤维、石墨烯、碳纳米管不仅具有优异的导热性能，还能通过辐射的方式进行散热，配合无机导热填料可以增强散热效果。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述硅烷偶联剂选自γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述硅烷偶联剂在涂料中起到无机材料与有机材料之间的“桥梁”作用，从而有利于无机导热填料和有机导热填料分散均匀，同时，由于上述硅烷偶联剂的存在，在喷涂到人造草坪表面时，涂料能够紧密吸附在草坪表面，不易脱落。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：A组分的原料还包括3-5份的二氧化钛。
通过采用上述技术方案，二氧化钛采用金红石型二氧化钛，其具有反射隔热的效果，从而使得涂料升温较慢，配合导热填料的散热作用，进一步提升散热效果。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：A组分的原料还包括1-3份的空心玻璃微球。
通过采用上述技术方案，空心玻璃微球与二氧化钛配合，进一步提高涂料的反射隔热效果，减轻导热填料散热的压力。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述空心玻璃微球在加入前经过改性处理，改性处理步骤如下：将空心玻璃微球送入喷雾干燥机内，利用雾化喷头向空心玻璃微球表面均匀喷洒环氧树脂，热风烘干后，冷却，得到环氧树脂改性空心玻璃微球。
通过采用上述技术方案，改性后的空心玻璃微球与涂料的相容性进一步提高，而且能够提高涂料的附着力。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种人造草坪用喷绘涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物；
步骤二，将相应重量分数的硅酸乙酯、聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、助剂和另一半重量份数的溶剂混合均匀，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物和第二混合物混合，分散均匀，在使用前加入环氧树脂，搅拌均匀，得到人造草坪用喷绘涂料。
通过采用上述技术方案，利用超声促使无机导热填料和有机导热填料分散均匀，避免发生团聚，同时与硅烷偶联剂的一端相互吸引，硅烷偶联剂的另一端与硅酸乙酯、聚氨酯乳液、丙烯酸乳液相互吸引，最后，加入环氧树脂，促进固化，得到的人造草坪用喷绘涂料疏水、不易粘附粉尘，而且散热效果好。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过采用硅酸乙酯、聚氨酯乳液和丙烯酸乳液复配，并采用环氧树脂作为聚氨酯乳液的固化剂，不需要再另外加入固化剂，通过硅烷偶联剂的偶联作用后，使得无机导热填料和有机导热填料在涂料中分散均匀，避免导热填料发生团聚，无机导热填料和有机导热填料起到散热作用，最终得到具有疏水、防污、散热性能的涂料。该涂料喷涂在人造草坪表面固化后，可以使得草坪具有疏水、防污效果，在使用过程中不容易粘附粉尘，也不易滋生细菌，不会影响无机导热填料和有机导热填料的散热效果。
2.通过加入二氧化和空心玻璃微球，具有反射隔热的效果，从而使得涂料升温较慢，配合导热填料的散热作用，进一步提升散热效果。
3.通过对空心玻璃微球进行改性处理，改性后的空心玻璃微球与涂料的相容性进一步提高，而且能够提高涂料的附着力。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种人造草坪用喷绘涂料，包括A组分和B组分，所述A组分的原料及其相应的重量份数如表1所示，其中，无机导热填料是纳米氮化铝，有机导热填料是碳纤维，硅烷偶联剂是γ-氨基丙基三甲氧基硅烷，助剂是消泡剂，具体为乳化硅油，溶剂是甲苯，环氧树脂是双酚A型环氧树脂。
一种人造草坪用喷绘涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物；
步骤二，将相应重量分数的硅酸乙酯、聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、助剂和另一半重量份数的溶剂混合均匀，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物和第二混合物混合，分散均匀，在使用前加入环氧树脂，搅拌均匀，得到人造草坪用喷绘涂料。
实施例2-3：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，原料的各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-3的原料的各组分及其重量份数
Figure BDA0002420492710000041
实施例4：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，无机导热填料是纳米氧化铝。
实施例5：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，无机导热填料是纳米陶瓷微粉。
实施例6：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，有机导热填料是石墨烯，石墨烯的粒径范围为0.05μm-10μm。
实施例7：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，硅烷偶联剂是γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
实施例8：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，硅烷偶联剂是N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
实施例9：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，A组分的原料还包括3份二氧化钛，步骤一具体为：将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，再加入二氧化钛，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物。
实施例10：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例9的不同之处在于，A组分的原料包括4份二氧化钛。
实施例11：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例9的不同之处在于，A组分的原料包括5份二氧化钛。
实施例12：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，A组分的原料还包括1份空心玻璃微球，步骤一具体为：将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，再加入空心玻璃微球，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物。
实施例13：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例12的不同之处在于，A组分的原料包括2份空心玻璃微球。
实施例14：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例12的不同之处在于，A组分的原料包括3份空心玻璃微球。
实施例15：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例13的不同之处在于，空心玻璃微球在加入前经过改性处理，改性处理步骤如下：将空心玻璃微球送入喷雾干燥机内，利用雾化喷头向空心玻璃微球表面均匀喷洒环氧树脂，环氧树脂的重量份数为3份，热风烘干后，冷却，得到环氧树脂改性空心玻璃微球。
实施例16：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例10的不同之处在于，A组分的原料包括2份空心玻璃微球，步骤一具体为：将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，再加入二氧化钛和空心玻璃微球，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物。
对比例1：采用公开号为CN105647254A的中国发明专利中的实施例1的散热涂料喷涂在市售的未喷涂涂料的人造草坪表面。
对比例2：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，硅酸乙酯替换为等重量份数的聚氨酯乳液。
对比例3：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，聚氨酯乳液替换为等重量份数的丙烯酸乳液。
对比例4：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，丙烯酸乳液替换为等重量份数的聚氨酯乳液。
对比例5：一种人造草坪用喷绘涂料，与实施例1的不同之处在于，将无机导热填料和有机导热填料替换为等重量分数的氧化石墨烯。
空白对照：采用市售的未喷涂涂料的人造草坪。
试验一散热性能测试
试验样品：使用辊涂法将实施例1-16中的人造草坪用喷绘涂料涂覆在市售的未喷涂涂料的人造草坪的人造草丝表面，固化后作为试验样品1-16，采用对比例1中的人造草坪作为对照样品1，使用辊涂法将对比例2-5中的人造草坪用喷绘涂料涂覆在市售的未喷涂涂料的人造草坪的人造草丝表面，固化后作为对照样品2-5。
试验方法：(1)采用两个250W碘钨灯作为加热光源，与人造草坪样品距离10cm，两个碘钨灯分别加热空白对照和人造草坪样品，空白对照和人造草坪样品分别连接温度传感器和温度记录仪，检测室内温度控制为25±0.5℃，随后打开碘钨灯照射15min，读取空白对照的温度记录仪读数T1，人造草坪样品的温度记录仪2读数T2，散热效率为(T1-T2)/T1*100％。
(2)将20g粉煤灰加入到100g自来水中，搅拌均匀，得到泥水，将泥水分别喷洒至试验样品1-16、对照样品1-5的人造草坪的人造草丝表面，自然干燥后，采用(1)中的方法测试散热效率。
(3)利用接触角测试仪测量试验样品1-16和对照样品1-5中草丝表面的水接触角。
试验结果：由表2可知，试验样品1的散热效率远大于对照样品1和对照样品5，同时也大于对照样品2-4，说明本发明采用无机导热填料和有机导热填料配合，在涂料中分散均匀，避免导热填料发生团聚，能够增强本发明的涂料的散热效果。
试验样品9-14在分别加入二氧化钛和空心玻璃微球后，散热效率均有所增加，说明空心玻璃微球和二氧化钛可以提高涂料的反射隔热效果，减轻导热填料散热的压力，根据试验样品16的结果可知，空心玻璃微球与二氧化钛配合，进一步提高涂料的反射隔热效果，减轻导热填料散热的压力。
由于对照样品1水接触角小于90°，是亲水材料，在喷洒泥水后，散热效率下降了2％，说明粘附在草坪表面的粉尘会影响传热，从而导致散热效果较差，而对照样品2-4分别少加入一种成膜组分后，散热效率均有所下降，水接触角也小于90°，说明其疏水性降低导致草坪粘附了粉尘，而对照样品5的散热效率基本没有下降，水接触角基本没有变化，试验样品1-16的散热效率也基本没有下降，且水接触角均大于90°，说明本发明采用硅酸乙酯、聚氨酯乳液和丙烯酸乳液复配，并采用环氧树脂作为聚氨酯乳液的固化剂，通过硅烷偶联剂的偶联作用后，使得无机导热填料和有机导热填料在涂料中分散均匀，同时可以使得草坪具有疏水、防污效果，在使用过程中不容易粘附粉尘，不会影响无机导热填料和有机导热填料的散热效果，能够增强本发明的涂料的散热效果。
表2试验样品1-16和对照样品1-5的测试结果
样品编号 散热效率/％ 喷洒泥水后的散热效率/％ 接触角/°
试验样品1 12.1 12.0 120.38
试验样品2 12.3 12.3 120.12
试验样品3 12.5 12.4 119.97
试验样品4 12.2 12.1 120.21
试验样品5 12.4 12.3 120.14
试验样品6 12.7 12.6 120.56
试验样品7 12.2 12.2 121.05
试验样品8 12.3 12.2 121.03
试验样品9 12.5 12.4 120.68
试验样品10 12.7 12.7 120.25
试验样品11 12.9 12.9 120.33
试验样品12 12.4 12.3 120.25
试验样品13 12.6 12.5 120.36
试验样品14 12.8 12.7 120.54
试验样品15 12.6 12.5 121.25
试验样品16 13.3 13.3 121.68
对照样品1 10.1 8.1 65.84
对照样品2 12.0 11.5 87.52
对照样品3 11.9 11.5 88.92
对照样品4 12.1 11.6 89.35
对照样品5 10.2 10.1 119.25
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种人造草坪用喷绘涂料，由A组分和B组分组成，其特征在于，所述A组分的原料由如下重量份数的组分组成：
硅酸乙酯20-30份；
聚氨酯乳液15-25份；
丙烯酸乳液8-10份；
无机导热填料3-10份；
有机导热填料6-8份；
硅烷偶联剂1-3份；
助剂4-8份；
溶剂30-60份；
二氧化钛3-5份；
空心玻璃微球1-3份；
所述B组分是5-10份的环氧树脂；
所述无机导热填料选自纳米氮化铝、纳米氧化铝、纳米陶瓷微粉中的至少一种；
所述有机导热填料选自碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；
所述硅烷偶联剂选自γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种；
所述助剂选自流平剂、消泡剂、固化剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种人造草坪用喷绘涂料，其特征在于，所述空心玻璃微球在加入前经过改性处理，改性处理步骤如下：将空心玻璃微球送入喷雾干燥机内，利用雾化喷头向空心玻璃微球表面均匀喷洒环氧树脂，热风烘干后，冷却，得到环氧树脂改性空心玻璃微球。
3.权利要求1-2任一项所述的一种人造草坪用喷绘涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的无机导热填料、有机导热填料加入到一半重量份数的溶剂中，再加入二氧化钛和空心玻璃微球，超声分散均匀，再加入硅烷偶联剂，分散均匀，得到第一混合物；
步骤二，将相应重量分数的硅酸乙酯、聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、助剂和另一半重量份数的溶剂混合均匀，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物和第二混合物混合，分散均匀，在使用前加入环氧树脂，搅拌均匀，得到人造草坪用喷绘涂料。
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