CN111876060A - 一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆按照重量分数包括：二氧化硅；聚乙烯蜡；水性聚氨酯分散体；氨甲基丙醇；消泡剂；成膜溶剂；润湿剂；杀菌剂；增稠剂；去离子水；本发明还公开了该水性漆的制备方法和应用；本发明通过聚乙烯蜡在干燥的漆膜表面聚集提高膜层的耐磨抗刮伤性能。

Description

一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性漆技术领域，特别是涉及一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆及其制备方法。
背景技术
水性涂料是以水为分散介质的一类涂料，具有不可燃烧性、无毒或者低毒、对环境的伤害小、而且有节省能源和资源的优点。使用水性涂料能满足节能减排，循环和可持续发展的需求，也是降低室内污染的有效途径。随着各国环保法律的制订和实施，水性涂料已成为世界涂料发展的重要品种。其中水性聚氨酯涂料既有溶剂型聚氨酯涂膜的高硬度、高耐磨、耐磨蚀、耐化学品性等优点，同时兼具了水性涂料的低VOC含量的优点，且可通过分子设计原理，在聚氨酯链上引入各种官能团，并进行交联和复合改性，制备高性能的聚氨酯涂膜。因此，水性聚氨酯涂料将成为水性涂料的发展重点。
现有水性聚氨酯漆在应用过程中通常涂覆于具有优美木纹的木材表面，再通过打磨提高手感，在加工的过程中漆膜的耐磨性和抗刮伤性极大的影响后续的加工和打磨，现有的水性聚氨酯漆多针对附着力和干燥速度性能进行改良；而完成涂料的最终使用，其在加工过程中的耐磨抗刮伤是非常重要的性能；耐刮伤性是衡量涂膜表面抵抗因动态机械力作用造成永久形变的尺度或表面被擦伤后恢复成原状的性能。水性漆的耐刮伤性和耐模性的主要差别在于：磨损一般对膜层损害的深度较前，宽度较窄，而刮伤则是中等程度甚至严重的损坏，很容易为肉眼所见，可能会导致膜层的破裂、碎片和剥离等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，该发明通过聚乙烯蜡在干燥的漆膜表面聚集提高膜层的耐磨抗刮伤性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，按照重量分数包括：
Figure BDA0002611575910000021
优选按照重量分数包括：
Figure BDA0002611575910000022
Figure BDA0002611575910000031
本发明进一步优选各物质的用量，利于聚乙烯蜡与二氧化硅和水性聚氨酯分散体及其他助剂的配合，制得的水性漆干燥后膜层耐磨抗刮伤的性能好。
优选还包括用于负载二氧化硅的氧化石墨烯，氧化石墨烯的质量为二氧化硅质量的0.5％至1.5％。片状的氧化石墨烯负载二氧化硅，利于二氧化硅作为消光剂在水性漆中的分散；同时氧化石墨烯在干燥的膜层中加强了漆膜表面的蜡层与内部物质的连接强度；虽然氧化石墨烯具有一定的浅棕色，但是相对于其他各物质的重量份数可知，其用量较少，仅利用其比表面积大的片状结构，片状石墨烯负载二氧化硅颗粒均匀分散在漆层中，加强蜡层与其下物质之间的结构连接，提高干燥膜层的刚性和机械强度，提高膜层的整体结构性，防止膜层中出现针孔或者是应力不均，保证膜层的具有良好的耐磨性和抗划伤性能。
本发明中二氧化硅/氧化石墨烯复合物作为消光剂使用，片状的氧化石墨烯减少二氧化硅的团聚，通过片状的氧化石墨烯提高二氧化硅的分散性，利于二氧化硅在水性漆中均匀分布，本发明水性漆的亚光效果好。本发明通过化学改性法将SiO2和氧化石墨烯以静电吸附作用或共价键作用进行复合，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙基三乙氧基硅烷分别对SiO2和氧化石墨烯进行表面改性，二氧化硅与氧化石墨烯表面修饰的功能基在一定条件下，通过共价键作用制备SiO2/氧化石墨烯复合微粒，制备出了氨基表面功能化的二氧化硅(NH2-SiO2)，氨基在水溶液中易离子化，使得二氧化硅表面带正电荷；而氧化石墨烯表面因富含羧基在水溶液中易电离带负电荷，二者通过静电吸附作用得到稳定的SiO2/氧化石墨烯复合微粒。
优选所述成膜溶剂包括醇脂和二丙二醇丁醚，二者的重量分数比例为15至17:20至22。本发明通过醇脂和二丙二醇丁醚配合水性漆良好的浸润性形成连续涂覆，成膜均匀，两种物质配合可明显降低成膜物质的最低成膜温度，还可以改善水性漆的聚结性和耐候性，使涂料同时具有良好的储存稳定性。
优选湿剂为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂一端是能与有机物发生反应或在聚合物中相容性较好的有机官能团，一端可以发生水解作用，利于体系的稳定性，利于二氧化硅和氧化石墨烯在体系中的均匀分散；同时硅烷偶联剂也能提高水性漆的润湿性，利于水性漆的涂布使用。
本发明的第二个目的在于提供一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆的制备方法，该发明简单方便加工，制得一种耐磨抗刮伤的水性漆。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将二氧化硅分散于去离子水；
步骤二、向步骤一的物料中加入聚乙烯蜡、水性聚氨酯分散体、氨甲基丙醇和消泡剂，搅拌混合均匀；
步骤三、向经过步骤二的物料加入成膜溶剂、润湿剂和杀菌剂混合均匀；
步骤四、向经过步骤三的物料中加入增稠剂，随着物料粘度的提高逐渐提升搅拌速度，混合物料均匀；
步骤五、调节经过步骤四物料的pH值为8.0至8.5，搅拌至粘度为90秒后保持搅拌一段时间获得目标产品。
优选步骤四和步骤五物料搅拌速度为600-700转/分。本发明中通过调整转动速度搅拌物料充分混合均匀，随着原料的不断配合添加，提高生产效率和混合效果。
优选步骤五使用氨甲基丙醇调节物料的pH值。氨甲基丙醇是一种多功能胺助剂，稳定调节水性漆pH值，还有湿润和分散的作用，与其他助剂配合效果好。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
一、本发明通过二氧化硅、聚乙烯蜡、水性聚氨酯分散体以及其余功能性助剂的配合，混合均匀的水性漆中有均匀分散的聚乙烯蜡，水性漆施工后发生的物理干燥或化学交联的过程中，聚乙烯蜡颗粒会因为上浮或者挤压的作用，向漆膜表面迁移，蜡质层处于干燥漆膜的最上端形成致密均匀保护，可以更好的阻挡来自外界的刚性应力从而提升漆膜的抗划伤性；二氧化硅和成膜物质均匀分散使得漆膜表面具具有一定的凹凸，干燥后的漆膜具有亚光效果；
二、本发明硬度优异，具有耐磨抗刮伤，符合相应国家标准的规定；
三、本发明公开的制备方法简便，原料配伍适宜，本发明附着力良好，耐水性好；
四、本发明制得的水性漆面向室内外使用均适宜，环保性能好，耐候性能好。
从而实现本发明的上述目的。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本发明公开一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆制备方法，包括以步骤：
步骤一、将二氧化硅分散于去离子水；
步骤二、向步骤一的物料中加入聚乙烯蜡、水性聚氨酯分散体、氨甲基丙醇和消泡剂，搅拌混合均匀；
步骤三、向经过步骤二的物料加入成膜溶剂、润湿剂和杀菌剂混合均匀；
步骤四、向经过步骤三的物料中加入增稠剂，随着物料粘度的提高逐渐提升搅拌速度，混合物料均匀；
步骤五、调节经过步骤四物料的pH值为8.0，搅拌至粘度为90秒后保持搅拌20分钟获得目标产品。
步骤四和步骤五物料搅拌速度为600-700转/分。
步骤五使用氨甲基丙醇调节物料的pH值。
本实施例水清漆使用各物质用量及原料型号和购买来源详见表1和表2所示。
本实施例制得的水性漆按照GB/T 23999-2009的涂装要求涂布于木材表面，针对涂层外观、漆膜附着力、硬度(擦伤)、耐水性和耐划伤性进行测试，测试结果详见表3所示。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；
水性漆的pH值为8.5。
本实施例制得的水性漆按照GB/T 23999-2009的涂装要求涂布于木材表面，针对涂层外观、漆膜附着力、硬度(擦伤)、耐水性和耐划伤性进行测试，测试结果详见表3所示。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；
水性漆的pH值为8.0。
本实施例中氧化石墨烯的质量为二氧化硅质量的0.5％。
本实施例制得的水性漆按照GB/T 23999-2009的涂装要求涂布于木材表面，针对涂层外观、漆膜附着力、硬度(擦伤)、耐水性和耐划伤性进行测试，测试结果详见表3所示。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；
水性漆的pH值为8.5。
本实施例中氧化石墨烯的质量为二氧化硅质量的1.0％。
本实施例制得的水性漆按照GB/T 23999-2009的涂装要求涂布于木材表面，针对涂层外观、漆膜附着力、硬度(擦伤)、耐水性和耐划伤性进行测试，测试结果详见表3所示。
实施例5
本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；
水性漆的pH值为8.0。
本实施例中氧化石墨烯的质量为二氧化硅质量的1.5％。
本实施例制得的水性漆按照GB/T 23999-2009的涂装要求涂布于木材表面，针对涂层外观、漆膜附着力、硬度(擦伤)、耐水性和耐划伤性进行测试，测试结果详见表3所示。
表1实施例1至5水性漆原料组成列表
Figure BDA0002611575910000071
Figure BDA0002611575910000081
表2本发明原料各物质的具体型号和购买厂家
Figure BDA0002611575910000082
表3实施例1至5制得水性漆涂覆后形成漆膜性能测试
Figure BDA0002611575910000083
Figure BDA0002611575910000091
结合表1和表3可知，本发明制得的水性漆耐磨抗刮伤，漆膜的附着力可达1至2级，漆膜干燥后的硬度也可以达到2H，耐划伤性和耐水性也符合国标。对比实施例1、实施例2与实施例3至5漆膜性能指标可知，使用二氧化硅/氧化石墨烯复合物作为消光剂的水性漆干燥成膜后，其硬度和漆膜附着力均有进一步提升，更适合应用于地板用面漆和家居用面漆。

Claims (8)

1.一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，其特征在于：
按照重量分数包括：
Figure FDA0002611575900000011
2.如权利要求1所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，其特征在于：按照重量分数包括：
Figure FDA0002611575900000012
Figure FDA0002611575900000021
3.如权利要求1所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，其特征在于：还包括用于负载二氧化硅的氧化石墨烯，氧化石墨烯的质量为二氧化硅质量的0.5％至1.5％。
4.如权利要求1所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，其特征在于：所述成膜溶剂包括醇脂和二丙二醇丁醚，二者的重量分数比例为15至17:20至22。
5.如权利要求1所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆，其特征在于：所述润湿剂为硅烷偶联剂。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、将二氧化硅分散于去离子水；
步骤二、向步骤一的物料中加入聚乙烯蜡、水性聚氨酯分散体、氨甲基丙醇和消泡剂，搅拌混合均匀；
步骤三、向经过步骤二的物料加入成膜溶剂、润湿剂和杀菌剂混合均匀；
步骤四、向经过步骤三的物料中加入增稠剂，随着物料粘度的提高逐渐提升搅拌速度，混合物料均匀；
步骤五、调节经过步骤四物料的pH值为8.0至8.5，搅拌至粘度为90秒后保持搅拌一段时间获得目标产品。
7.如权利要求6所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆制备方法，其特征在于：步骤四和步骤五物料搅拌速度为600-700转/分。
8.一种如权利要求6所述的一种高耐磨抗刮伤的水性聚氨酯漆制备方法，其特征在于：步骤五使用氨甲基丙醇调节物料的pH值。
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