CN111826070A - 一种耐磨水性涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：45‑60份改性聚氨酯，20‑30份丙烯酸树脂，10‑15份炭黑，10‑15份钛白粉，0.5‑0.8份消泡剂，5‑8份邻苯二甲酸二辛酯，0.1‑0.5份偶联剂，10‑15份聚乙烯醇，50‑60份水；本发明还公开了一种耐磨水性涂料的制备方法；化学修饰后的氧化铝与聚氨酯预聚体溶液形成共混体系，氧化铝与聚氨酯能够形成良好的纳米层次的复合，增强了氧化铝与聚氨酯之间的界面张力；进而使得该改性聚氨酯具有优异的稳定性能，使得制备出的涂料具有优异的稳定性能。
Description
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体为一种耐磨水性涂料及其制备方法。
背景技术
水溶性涂料是以水溶性树脂为基料，水为溶剂的涂料。树脂分子量低，亲水性高，固化时可通过自身的反应基团或加入固化剂与亲水基团反应；水溶性涂料按干燥类型可分为烘干型与常温干燥型；因不含有机溶剂，所以施工安全，对人体无损害，但其性能较溶剂型涂料差。
按照树脂在水中的分散形态，水性涂料可分为水乳胶型、水分散型和水溶型三类。目前市面上使用的涂料多以合成树脂乳液或丙烯酸为基料，并由各种颜料、填料和助剂等合成。这种涂料的主要缺点是涂膜弹性容易老化，坚硬度不好，不能有效保护墙面粉刷底层的强度，从而产生墙面开裂、脱落，不仅影响建筑物美观，而且墙面开裂，导致墙面漏水。
中国发明专利CN102757710A公开了一种水性涂料，所述水性涂料按重量分数包括如下组分：白水泥70-150；钛白粉5-15；漆酚基乳化剂30-70；漆酚甲醛缩聚物乳化液70-110。该发明所述的水性涂料添加有生漆，充分发挥了生漆的膜坚硬、光亮、耐磨、耐热、耐腐蚀的优点，并配合加入了漆酚基乳化剂来乳化生漆，可以保证于生漆的相容性好，有利于形成致密、刚性的界面膜，并且漆酚基乳化剂可以参与生漆的成膜反应，避免了传统的乳化剂对涂膜性能的不良影响，具有极强的硬度。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种耐磨水性涂料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题：
现有技术中通过甲苯二异氰酸酯和三羟甲基乙烷制得聚氨酯预聚体溶液，聚氨酯分子中含有氨酯基和异氰酸酯基，但是由于聚集结构是长链段与短链段聚合而成，聚氨酯是一种嵌段聚合物，三羟甲基乙烷构成软段，甲苯二异氰酸酯构成硬段，硬段之间通过氢键结合所以具有良好的附着力和耐磨性能，但是聚氨酯不稳定，醇、酸、酮会使聚氨酯溶胀和降解。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：45-60份改性聚氨酯，20-30份丙烯酸树脂，10-15份炭黑，10-15份钛白粉，0.5-0.8份消泡剂，5-8份邻苯二甲酸二辛酯，0.1-0.5份偶联剂，10-15份聚乙烯醇，50-60份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65-70℃，加入混合料A，以600-650r/min的转速搅拌30min，加入消泡剂，继续搅拌30min，之后降温至30-35℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和偶联剂，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
进一步地，所述改性聚氨酯由如下方法制成：
(1)将甲苯二异氰酸酯进行脱水处理，脱水处理后与三羟甲基乙烷加入烧杯中，匀速搅拌20min，升温至50℃，保温4h后加入丙三醇和对羟基苯甲酸，搅拌15min后制得聚氨酯预聚体溶液；
(2)将纳米氧化铝加入装有KH550的烧杯中，匀速搅拌5min，升温至50℃，回流1h，过滤，用去离子水洗涤三次，转移至80℃干燥箱中干燥2h，制得修饰后的纳米氧化铝，控制纳米氧化铝和KH550的重量比为1∶10-15；
(3)将修饰后的纳米氧化铝加入聚氨酯预聚体溶液中，匀速搅拌并加热至85℃，反应5h，制得改性聚氨酯乳液，过滤、干燥，制得改性聚氨酯。
通过甲苯二异氰酸酯和三羟甲基乙烷制得聚氨酯预聚体溶液，聚氨酯分子中含有氨酯基和异氰酸酯基，但是由于聚集结构是长链段与短链段聚合而成，聚氨酯是一种嵌段聚合物，三羟甲基乙烷构成软段，甲苯二异氰酸酯构成硬段，硬段之间通过氢键结合所以具有良好的附着力和耐磨性能，但是聚氨酯不稳定，醇、酸、酮会使聚氨酯溶胀和降解；步骤(1)中加入丙三醇作为有机溶剂来降低体系的粘度，加入对羟基苯甲酸来进行扩链，制备的水性聚氨酯乳液粒径较小而且稳定性高；通过纳米氧化铝对聚氨酯进行改性，但是纳米氧化铝与聚氨酯预聚体溶液亲和性差，容易发生相分离，所以通过KH550作为偶联剂对纳米氧化铝进行化学修饰，KH550一端与纳米氧化铝表面的羟基结合，KH550另一端作为分散剂存在溶液中，化学修饰后的氧化铝与聚氨酯预聚体溶液形成共混体系，氧化铝与聚氨酯能够形成良好的纳米层次的复合，增强了氧化铝与聚氨酯之间的界面张力。
进一步地，所述消泡剂为二甲基硅油和GP型聚醚消泡剂中的一种或两种。
进一步地，偶联剂为KH550和KH560中的一种或两种。
进一步地，步骤(2)中控制甲苯二异氰酸酯、三羟甲基乙烷、丙三醇和对羟基苯甲酸的重量比为2∶1∶5∶0.5。
一种耐磨水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65-70℃，加入混合料A，以600-650r/min的转速搅拌30min，加入消泡剂，继续搅拌30min，之后降温至30-35℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和偶联剂，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
本发明的有益效果：
本发明一种耐磨水性涂料，以改性聚氨酯、丙烯酸树脂以及炭黑等作为原料，炭黑作为填料能够赋予其优异的耐磨性能，该改性聚氨酯实际为一种水性聚氨酯，制备过程中步骤(1)中加入丙三醇作为有机溶剂来降低体系的粘度，加入对羟基苯甲酸来进行扩链，制备的水性聚氨酯乳液粒径较小而且稳定性高；通过纳米氧化铝对聚氨酯进行改性，但是纳米氧化铝与聚氨酯预聚体溶液亲和性差，容易发生相分离，所以通过KH550作为偶联剂对纳米氧化铝进行化学修饰，KH550一端与纳米氧化铝表面的羟基结合，KH550另一端作为分散剂存在溶液中，化学修饰后的氧化铝与聚氨酯预聚体溶液形成共混体系，氧化铝与聚氨酯能够形成良好的纳米层次的复合，增强了氧化铝与聚氨酯之间的界面张力；进而使得该改性聚氨酯具有优异的稳定性能，使得制备出的涂料具有优异的稳定性能。
具体实施方式
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。
实施例1
一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：45份改性聚氨酯，20份丙烯酸树脂，10份炭黑，10份钛白粉，0.5份二甲基硅油，5份邻苯二甲酸二辛酯，0.1份KH550，10份聚乙烯醇，50份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65℃，加入混合料A，以600r/min的转速搅拌30min，加入消二甲基硅油，继续搅拌30min，之后降温至30℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和KH550，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
改性聚氨酯由如下方法制成：
(1)将甲苯二异氰酸酯进行脱水处理，脱水处理后与三羟甲基乙烷加入烧杯中，匀速搅拌20min，升温至50℃，保温4h后加入丙三醇和对羟基苯甲酸，搅拌15min后制得聚氨酯预聚体溶液；
(2)将纳米氧化铝加入装有KH550的烧杯中，匀速搅拌5min，升温至50℃，回流1h，过滤，用去离子水洗涤三次，转移至80℃干燥箱中干燥2h，制得修饰后的纳米氧化铝，控制纳米氧化铝和KH550的重量比为1∶10；
(3)将修饰后的纳米氧化铝加入聚氨酯预聚体溶液中，匀速搅拌并加热至85℃，反应5h，制得改性聚氨酯乳液，过滤、干燥，制得改性聚氨酯。
实施例2
一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：50份改性聚氨酯，22份丙烯酸树脂，12份炭黑，12份钛白粉，0.6份二甲基硅油，6份邻苯二甲酸二辛酯，0.3份KH550，12份聚乙烯醇，52份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65℃，加入混合料A，以600r/min的转速搅拌30min，加入消二甲基硅油，继续搅拌30min，之后降温至30℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和KH550，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
其余同实施例1。
实施例3
一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：55份改性聚氨酯，28份丙烯酸树脂，14份炭黑，14份钛白粉，0.7份二甲基硅油，6份邻苯二甲酸二辛酯，0.3份KH550，14份聚乙烯醇，58份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65℃，加入混合料A，以600r/min的转速搅拌30min，加入消二甲基硅油，继续搅拌30min，之后降温至30℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和KH550，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
其余同实施例1。
实施例4
一种耐磨水性涂料，由如下重量份原料制成：60份改性聚氨酯，30份丙烯酸树脂，15份炭黑，15份钛白粉，0.8份二甲基硅油，8份邻苯二甲酸二辛酯，0.5份KH550，15份聚乙烯醇，60份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65℃，加入混合料A，以600r/min的转速搅拌30min，加入消二甲基硅油，继续搅拌30min，之后降温至30℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和KH550，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
其余同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例1相比用聚氨酯代替改性聚氨酯，制备方法如下所示：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65℃，加入混合料A，以600r/min的转速搅拌30min，加入消二甲基硅油，继续搅拌30min，之后降温至30℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入聚氨酯、钛白粉和KH550，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
对比例2
本对比例为市场中一种耐磨水性涂料。
对实施例1-4和对比例1-2的耐磨性能、附着力等级和施工性能进行检测，结果如下表所示；
耐磨性能：测试方法按GB/T1768-79。
| 耐摩擦次数 | 附着力等级 | 施工性能 | |
| 实施例1 | 688 | 0 | 涂刷二道 |
| 实施例2 | 680 | 0 | 涂刷二道 |
| 实施例3 | 670 | 0 | 涂刷二道 |
| 实施例4 | 690 | 0 | 涂刷二道 |
| 对比例1 | 660 | 1 | 涂刷一道 |
| 对比例2 | 500 | 2 | 涂刷一道 |
从上表中能够看出实施例1-4的耐摩擦次数为670-690次，附着力等级为0级，涂刷二道无障碍；对比例1-2的耐摩擦次数为500-660次，对比例1附着力等级1级，对比例2附着力等级为2级，对比例1-2涂刷一道无障碍；化学修饰后的氧化铝与聚氨酯预聚体溶液形成共混体系，氧化铝与聚氨酯能够形成良好的纳米层次的复合，增强了氧化铝与聚氨酯之间的界面张力；进而使得该改性聚氨酯具有优异的稳定性能，使得制备出的涂料具有优异的稳定性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种耐磨水性涂料，其特征在于，由如下重量份原料制成：45-60份改性聚氨酯，20-30份丙烯酸树脂，10-15份炭黑，10-15份钛白粉，0.5-0.8份消泡剂，5-8份邻苯二甲酸二辛酯，0.1-0.5份偶联剂，10-15份聚乙烯醇，50-60份水；
该耐磨水性涂料由如下方法制成：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65-70℃，加入混合料A，以600-650r/min的转速搅拌30min，加入消泡剂，继续搅拌30min，之后降温至30-35℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和偶联剂，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨水性涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯由如下方法制成：
(1)将甲苯二异氰酸酯进行脱水处理，脱水处理后与三羟甲基乙烷加入烧杯中，匀速搅拌20min，升温至50℃，保温4h后加入丙三醇和对羟基苯甲酸，搅拌15min后制得聚氨酯预聚体溶液；
(2)将纳米氧化铝加入装有KH550的烧杯中，匀速搅拌5min，升温至50℃，回流1h，过滤，用去离子水洗涤三次，转移至80℃干燥箱中干燥2h，制得修饰后的纳米氧化铝，控制纳米氧化铝和KH550的重量比为1∶10-15；
(3)将修饰后的纳米氧化铝加入聚氨酯预聚体溶液中，匀速搅拌并加热至85℃，反应5h，制得改性聚氨酯乳液，过滤、干燥，制得改性聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨水性涂料，其特征在于，所述消泡剂为二甲基硅油和GP型聚醚消泡剂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨水性涂料，其特征在于，偶联剂为KH550和KH560中的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的一种耐磨水性涂料，其特征在于，步骤(2)中控制甲苯二异氰酸酯、三羟甲基乙烷、丙三醇和对羟基苯甲酸的重量比为2∶1∶5∶0.5。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将丙烯酸树脂加热熔融，之后加入聚乙烯醇，搅拌均匀后制得混合料A，备用；
第二步、将水加入反应釜中，升温至65-70℃，加入混合料A，以600-650r/min的转速搅拌30min，加入消泡剂，继续搅拌30min，之后降温至30-35℃，加入邻苯二甲酸二辛酯，继续搅拌1h，加入炭黑，超声震荡1.5h，制得混合液B；
第三步、将混合液B升温至80℃，在此温度下保温2h，之后依次加入改性聚氨酯、钛白粉和偶联剂，匀速搅拌5h，制得耐磨水性涂料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113429874A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-24 | 湖南松井新材料股份有限公司 | 一种电镀面漆及其制备方法与应用 |
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2020
- 2020-07-31 CN CN202010758429.2A patent/CN111826070A/zh active Pending
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