CN111440465A - 一种有机-无机杂化涂料及其制备方法 - Google Patents

一种有机-无机杂化涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机‑无机杂化涂料及其制备方法。所述有机‑无机杂化涂料具有如下组成及配比：25～45wt％改性钠水玻璃，20～25wt％丙烯酸乳液，20～25wt％填料，2～4wt％润湿分散剂，0.5～1.5wt％增稠剂，0.5～1.0wt％消泡剂，10～20wt％去离子水，上述各组成的百分比之和为100％；并且，所述的改性钠水玻璃是由TEOS和偶联剂对钠水玻璃改性而得。本发明所述的有机‑无机杂化涂料，具有优异的耐磨性、耐冲击性、硬度、附着力和耐洗刷性，吸水率低，综合性能优异，且具有优异的耐水性。

Description

一种有机-无机杂化涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机-无机杂化涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
VOC在PM2.5以及臭氧的空气污染中扮演着重要角色，属于有毒空气污染物，会直接影响人体健康。我国出台了一系列基于涂料行业的VOC污染控制政策，从法律法规上限制VOC的产生。当前我国涂料制造业中约有60％的涂料为溶剂型涂料。因为溶剂型涂料需要溶剂稀释来降低涂料粘度，溶剂型涂料中含有大量挥发性溶剂及助剂。而溶剂型涂料在涂装过程中约有50％的VOC会排放到大气中。在此情况下，制备不产生VOC污染的涂料势在必行。
水性无机涂料具有污染低，对环境友好的特性，具有发展成为低VOC或0-VOC涂料的潜力，顺应了如今消费者对涂料的要求。水玻璃(水溶性硅酸盐)，其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，在常温干燥过程中，水玻璃中的金属阳离子与SiO-形成配位键而固化成膜，因此，可作为水性无机涂料的一种成膜物质。目前市场上常用的水玻璃是硅酸钠的水溶液，但是钠离子形成的配位键价键力较弱，因此钠水玻璃在不加固化剂或者不加热时形成的涂膜耐水性较差，这就导致以钠水玻璃为成膜物质的水性无机涂料的耐水性较差，而使用固化剂则使得涂料成为双组份涂料，加热则有额外的能源消耗，这两者都为涂料的施工带来了不便，影响水性无机涂料的应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种耐水性好的有机-无机杂化涂料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种有机-无机杂化涂料，具有如下组成及配比：
改性钠水玻璃：25～45wt％；
丙烯酸乳液：20～25wt％；
填料：20～25wt％；
润湿分散剂：2～4wt％；
增稠剂：0.5～1.5wt％；
消泡剂：0.5～1.0wt％；
去离子水：10～20wt％；
上述各组成的百分比之和为100％；并且，
所述的改性钠水玻璃是由TEOS(正硅酸四乙酯)和偶联剂对钠水玻璃改性而得。
一种优选方案，所述改性钠水玻璃中，钠水玻璃：TEOS：偶联剂的质量比为1:(2～3):1。
一种优选方案，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，优选硅烷偶联剂，进一步优选γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)。
一种优选方案，所述钠水玻璃的模数为3.0～4.5，优选3.3。
一种制备所述的有机-无机杂化涂料的方法，包括如下操作：
首先将配比量的去离子水、增稠剂、润湿分散剂，搅拌使之混合均匀；接着加入配比量的填料，搅拌使之混合均匀；然后加入配比量的改性钠水玻璃和消泡剂，搅拌使之混合均匀；最后加入配比量的丙烯酸乳液，搅拌使之混合均匀，即得所述有机-无机杂化涂料。
一种实施方案，所述改性钠水玻璃的制备包括如下步骤：
a)将TEOS加入1～5wt％的盐酸水溶液中使之水解，得到TEOS水解液，备用，其中，TESO：盐酸水溶液的质量比为1:10～1:15；将钠水玻璃加入0.5～2.5wt％的盐酸水溶液中使之水解，得到钠水玻璃水解液，备用，其中，钠水玻璃：盐酸水溶液的质量比为2:1～3:1；
b)将TEOS水解液与钠水玻璃水解液按照质量比1:4～1:6混合均匀，得到TEOS改性钠水玻璃；
c)将偶联剂与钠水玻璃按照质量比1:9～1:19混合均匀，得到偶联剂改性钠水玻璃；
d)将偶联剂改性钠水玻璃与TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:3～1:5混合均匀，得到偶联剂/TEOS改性钠水玻璃；
e)将TEOS水解液与偶联剂/TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:1～1:3混合均匀；然后加入适量的去离子水，搅拌混合均匀，得到固含量为40～50wt％的乳液，即得所述的改性钠水玻璃。
一种优选方案，所述丙烯酸乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液中的任意一种，以硅丙乳液较佳。
一种优选方案，所述填料为钛白粉与云母和硅微粉的复配物，其中，钛白粉：云母：硅微粉的质量比为(6～8)：(2～1)：(2～1)，优选6:2:2(即3:1:1)，所述钛白粉可选用杜邦R706金红石型钛白粉，所述云母可选2000目云母粉。
一种优选方案，所述润湿分散剂为巴斯夫875或巴斯夫7338。
一种优选方案，所述增稠剂为纤维素增稠剂或非离子缔合型聚氨酯增稠剂，例如：羧甲基纤维素钠，罗门哈斯-亚乐顺RM-8W。
一种优选方案，所述消泡剂为非离子型有机硅消泡剂，例如：巴斯夫A38、道康宁AFE-3168。
与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：
本发明以水作为分散介质，以改性钠水玻璃为主要成膜物质，在各组分(包括润湿分散剂、增稠剂，消泡剂等助剂)的协同作用下，使得本发明的涂料绿色环保，无溶剂污染，具有优异的耐磨性、耐冲击性、硬度、附着力和耐洗刷性，吸水率低，综合性能优异，且具有优异的耐水性，具有显著性进步和出乎意料的效果；另外，本发明的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的实用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。
实施例1
一、所述有机-无机杂化涂料的组成及配比如下：
改性钠水玻璃：45wt％；丙烯酸乳液：20wt％；填料：20wt％；润湿分散剂：2wt％；增稠剂：0.5wt％；消泡剂：0.5wt％；去离子水：12wt％。
二、所述有机-无机杂化涂料的制备
1)改性钠水玻璃的制备：
a)将TEOS加入2wt％的盐酸水溶液中，搅拌30分钟，使TEOS水解，得到TEOS水解液，备用，其中，TESO：盐酸水溶液的质量比为1:10；将钠水玻璃加入1wt％的盐酸水溶液中，搅拌15分钟，使钠水玻璃水解，得到钠水玻璃水解液，备用，其中，钠水玻璃：盐酸水溶液的质量比为3:1；
b)将TEOS水解液与钠水玻璃水解液按照质量比1:4混合均匀，得到TEOS改性钠水玻璃；
c)将偶联剂与钠水玻璃按照质量比1:9混合均匀，得到偶联剂改性钠水玻璃；
d)将偶联剂改性钠水玻璃与TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:5混合均匀，得到偶联剂/TEOS改性钠水玻璃；
e)将TEOS水解液与偶联剂/TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:1混合均匀；然后加入适量的去离子水，搅拌混合均匀，得到固含量为50wt％的乳液，即得所述的改性钠水玻璃。
2)所述有机-无机杂化涂料的制备，包括如下操作：
首先将配比量的去离子水、增稠剂、润湿分散剂，搅拌使之混合均匀(搅拌速度800r/min)；接着加入配比量的填料，搅拌使之混合均匀(搅拌速度1500r/min)；然后加入配比量的改性钠水玻璃和消泡剂，搅拌混合均匀(搅拌速度800r/min)；最后加入配比量的丙烯酸乳液，搅拌混合均匀(搅拌速度800r/min)，即得所述有机-无机杂化涂料。
本实施例中，所述钠水玻璃的模数为4.5，所述偶联剂为KH560，所述丙烯酸乳液为硅丙乳液，所述填料为杜邦R706金红石型钛白粉与2000目云母粉和硅微粉以质量比为6:2:1的复配物，所述润湿分散剂为巴斯夫875，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述消泡剂为巴斯夫A38。
实施例2
一、所述有机-无机杂化涂料的组成及配比如下：
改性钠水玻璃：25wt％；丙烯酸乳液：25wt％；填料：25wt％；润湿分散剂：2.5wt％；增稠剂：1.5wt％；消泡剂：1.0wt％；去离子水：20wt％。
二、有机-无机杂化涂料的制备
1)改性钠水玻璃的制备：
a)将TEOS加入2wt％的盐酸水溶液中，搅拌15分钟，使TEOS水解，得到TEOS水解液，备用，其中，TESO：盐酸水溶液的质量比为1:15；将钠水玻璃加入1wt％的盐酸水溶液中，搅拌30分钟，使钠水玻璃水解，得到钠水玻璃水解液，备用，其中，钠水玻璃：盐酸水溶液的质量比为2:1；
b)将TEOS水解液与钠水玻璃水解液按照质量比1:6混合均匀，得到TEOS改性钠水玻璃；
c)将偶联剂与钠水玻璃按照质量比1:19混合均匀，得到偶联剂改性钠水玻璃；
d)将偶联剂改性钠水玻璃与TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:3混合均匀，得到偶联剂/TEOS改性钠水玻璃；
e)将TEOS水解液与偶联剂/TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:3混合均匀；然后加入适量的去离子水，搅拌混合均匀，得到固含量为40wt％的乳液，即得所述的改性钠水玻璃。
2)所述有机-无机杂化涂料的制备，包括如下操作：
首先将配比量的去离子水、增稠剂、润湿分散剂，搅拌使之混合均匀(搅拌速度800r/min)；接着加入配比量的填料，搅拌使之混合均匀(搅拌速度1200r/min)；然后加入配比量的改性钠水玻璃和消泡剂，搅拌混合均匀(搅拌速度600r/min)；最后加入配比量的丙烯酸乳液，搅拌混合均匀(搅拌速度600r/min)，即得所述有机-无机杂化涂料。
本实施例中，所述钠水玻璃的模数为3.0，所述偶联剂为KH560，所述丙烯酸乳液为纯丙乳液，所述填料为杜邦R706金红石型钛白粉与2000目云母粉和硅微粉以质量比为8:1:1的复配物，所述润湿分散剂为巴斯夫7338，所述增稠剂为罗门哈斯-亚乐顺RM-8W，所述消泡剂为道康宁AFE-3168。
实施例3
一、所述有机-无机杂化涂料的组成及配比如下：
改性钠水玻璃：30wt％；丙烯酸乳液：22wt％；填料：24wt％；润湿分散剂：3.5wt％；增稠剂：0.9wt％；消泡剂：0.6wt％；去离子水：19wt％。
二、有机-无机杂化涂料的制备
1)改性钠水玻璃的制备：
a)将TEOS加入2wt％的盐酸水溶液中，搅拌20分钟，使TEOS水解，得到TEOS水解液，备用，其中，TESO：盐酸水溶液的质量比为1:12；将钠水玻璃加入1wt％的盐酸水溶液中，搅拌20分钟，使钠水玻璃水解，得到钠水玻璃水解液，备用，其中，钠水玻璃：盐酸水溶液的质量比为2.5:1；
b)将TEOS水解液与钠水玻璃水解液按照质量比1:5混合均匀，得到TEOS改性钠水玻璃；
c)将偶联剂与钠水玻璃按照质量比1:15混合均匀，得到偶联剂改性钠水玻璃；
d)将偶联剂改性钠水玻璃与TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:4混合均匀，得到偶联剂/TEOS改性钠水玻璃；
e)将TEOS水解液与偶联剂/TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:2混合均匀；然后加入适量的去离子水，搅拌混合均匀，得到固含量为45wt％的乳液，即得所述的改性钠水玻璃。
2)所述有机-无机杂化涂料的制备，包括如下操作：
首先将配比量的去离子水、增稠剂、润湿分散剂，搅拌使之混合均匀(搅拌速度800r/min)；接着加入配比量的填料，搅拌使之混合均匀(搅拌速度1400r/min)；然后加入配比量的改性钠水玻璃和消泡剂，搅拌混合均匀(搅拌速度750r/min)；最后加入配比量的丙烯酸乳液，搅拌混合均匀(搅拌速度750r/min)，即得所述有机-无机杂化涂料。
本实施例中，所述钠水玻璃的模数为3.3，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述丙烯酸乳液为苯丙乳液，所述填料为杜邦R706金红石型钛白粉：2000目云母粉：硅微粉以质量比为3:1:1的复配物，所述润湿分散剂为巴斯夫875，所述增稠剂为罗门哈斯-亚乐顺RM-8W，所述消泡剂为巴斯夫A38。
对比例1
1)对比有机-无机杂化涂料的组成及配比如下：
钠水玻璃：30wt％；丙烯酸乳液：22wt％；填料：24wt％；润湿分散剂：3.5wt％；增稠剂：0.9wt％；消泡剂：0.6wt％；去离子水：19wt％。
2)对比有机-无机杂化涂料的制备参见实施例3；
本对比例中，所述钠水玻璃的模数3.3，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述丙烯酸乳液为苯丙乳液，所述填料为杜邦R706金红石型钛白粉：2000目云母粉：硅微粉以质量比为3:1:1的复配物，所述润湿分散剂为巴斯夫875，所述增稠剂为亚乐顺RM-8W，所述消泡剂为道巴斯夫A38。
将本发明实施例1-3和对比例1制备的有机-无机杂化涂料的性能进行对比，结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1制备的有机-无机杂化涂料的性能测试数据
Figure BDA0002454399480000061
由表1可见，本发明提供的有机-无机杂化涂料，相较于对比的有机-无机杂化涂料，不仅具有优异的硬度、附着力、耐冲击性、耐磨性、耐洗刷性，吸水率低，各项物理指标均符合国家相关标准，且浸水24小时后，各项物理指标均无显著性降低，说明本发明的有机-无机杂化涂料，相较于对比的有机-无机杂化涂料，具有优异的耐水性，综合性能更为优异，可更好的满足水性涂料的使用要求。
最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机-无机杂化涂料，其特征在于，具有如下组成及配比：
改性钠水玻璃：25～45wt％；
丙烯酸乳液：20～25wt％；
填料：20～25wt％；
润湿分散剂：2～4wt％；
增稠剂：0.5～1.5wt％；
消泡剂：0.5～1.0wt％；
去离子水：10～20wt％；
上述各组成的百分比之和为100％；并且，
所述的改性钠水玻璃是由TEOS和偶联剂对钠水玻璃改性而得。
2.根据权利要求1所述的有机-无机杂化涂料，其特征在于：所述改性钠水玻璃中，钠水玻璃：TEOS：偶联剂的质量比为1:(2～3):1。
3.根据权利要求1或2所述的有机-无机杂化涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
4.一种制备权利要求1所述的有机-无机杂化涂料的方法，其特征在于，所述方法包括如下操作：
首先加入配比量的去离子水、增稠剂和润湿分散剂，搅拌使之混合均匀；接着加入配比量的填料，搅拌使之混合均匀；然后加入配比量的改性钠水玻璃和消泡剂，搅拌使之混合均匀；最后加入配比量的丙烯酸乳液，搅拌使之混合均匀，即得所述有机-无机杂化涂料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述改性钠水玻璃的制备包括如下步骤：
a)将TEOS加入1～5wt％的盐酸水溶液中使之水解，得到TEOS水解液，备用，其中，TESO：盐酸水溶液的质量比为1:10～1:15；将钠水玻璃加入0.5～2.5wt％的盐酸水溶液中使之水解，得到钠水玻璃水解液，备用，其中，钠水玻璃：盐酸水溶液的质量比为2:1～3:1；
b)将TEOS水解液与钠水玻璃水解液按照质量比1:4～1:6混合均匀，得到TEOS改性钠水玻璃；
c)将偶联剂与钠水玻璃按照质量比1:9～1:19混合均匀，得到偶联剂改性钠水玻璃；
d)将偶联剂改性钠水玻璃与TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:3～1:5混合均匀，得到偶联剂/TEOS改性钠水玻璃；
e)将TEOS水解液与偶联剂/TEOS改性钠水玻璃按照质量比1:1～1:3混合均匀；然后加入适量的去离子水，搅拌混合均匀，得到固含量为40～50wt％的乳液，即得所述的改性钠水玻璃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述丙烯酸乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液中的任意一种。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述填料为钛白粉与云母和硅微粉的复配物，其中，钛白粉：云母：硅微粉的质量比为(6～8)：(2～1)：(2～1)。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述润湿分散剂为巴斯夫875或巴斯夫7338。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述增稠剂为纤维素增稠剂或非离子缔合型聚氨酯增稠剂。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述消泡剂为非离子型有机硅消泡剂。
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