CN112375488A - 水性无机纳米瓷感涂料、制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水性无机纳米瓷感涂料、制备方法及其用途。所述水性无机纳米瓷感涂料，由基体A和反应剂B组成，按重量份，基体A包括氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯10‑30份、水性光敏活性低聚物10‑20份、水性光敏活性单体10‑20份、改性无机填料20‑50份、群青0.1‑0.3份、水50份；按重量份，反应剂B包括光引发剂1‑2份、水性消泡剂5‑8份、水10份。本发明的水性无机纳米瓷感涂料可用于刷漆或喷涂水泥面、金属面、塑料面或木料的表面。可用于卧室墙面、瓷砖衔接处；也可用于电器、机械及家具外表装饰的防腐。本发明的水性无机纳米瓷感涂料具有更好的粘附性、耐候性、耐磨性和耐酸碱性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别涉及一种水性无机纳米瓷感涂料、制备方法及其用途。
背景技术
瓷感涂料是家居、宾馆等建筑装修中广泛采用的一种涂料。一般的瓷感涂料一般分为溶剂型仿瓷涂料和水性乳胶漆类仿瓷涂料。溶剂型仿瓷涂料的固化过程会释放有毒的挥发性溶剂，如甲醛等，极大影响人们的健康，不符合环保要求，而在应用中受到限制。在工厂等特殊场所，环境温度变化大，空气污染物容易导致涂料的粘附性、耐老化性、耐磨性和耐酸碱性等急剧下降，最终出现变色、开裂掉皮的现象，影响美观。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水性无机纳米瓷感涂料、制备方法及其用途，所述水性无机纳米瓷感涂料具有更好的粘附性、耐候性、耐磨性和耐酸碱性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水性无机纳米瓷感涂料，由基体A和反应剂B组成，按重量份，基体A包括：
按重量份，反应剂B包括：
光引发剂 1-2份
水性消泡剂 5-8份
水 10份。
进一步地，所述氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯的制备方法包括以下步骤：(1)在反应瓶中加入硅酸钠和去离子水配制10-20wt％的硅酸钠溶液；向硅酸钠溶液中缓慢加入2.5wt％的盐酸和草酸混合溶液使体系pH为6.8-7.1，得到硅溶胶，其中盐酸和草酸的质量比为1:1；(2)向硅溶胶中先后加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡并搅拌均匀，在密封的高压釜中，保持搅拌和控温95-105℃的条件下反应5-6小时，冷却至室温后得到氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯溶液，其中甲基丙烯酸羟基酯、二聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡的质量比为10:2:15:0.1。
进一步地，所述改性无机填料的制备方法包括以下步骤：按质量份数，称量灰钙粉15份，重质碳酸钙7份，纳米二氧化钛6份，膨润土4份，滑石粉5份和硅藻土5份，混合均匀后得到无机填料，分散于乙醇水溶液中，再加入10份浓度20wt％的复合偶联剂的无水乙醇溶液，高速搅拌机中不断搅拌加热1-2h，转速1000-2000转/min，温度70-80℃，自然冷却得到改性无机填料；其中复合偶联剂的组分为铝锆酸酯偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯偶联剂，重量比为1:2:1。
进一步地，所述水性光敏活性低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、有机硅丙烯酸酯中的一种或组合物。
进一步地，所述光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、二苯甲酮、2，2-二乙氧基苯基乙酮中的一种或组合。
进一步地，所述水性消泡剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、聚乙二醇脂肪酸酯中的任意一种。
本发明还提供了一种所述的水性无机纳米瓷感涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)混料：将氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯、水性光敏活性低聚物、水性光敏活性单体、改性无机填料、群青和水混合均匀，升温至60-65℃，搅拌机以500-800r/min搅拌30min后，自然冷却至室温后得到基体A；(2)将光引发剂、水性消泡剂和水常温搅拌均匀后，得到反应剂B；(3)混合基体A和反应剂B，常温下搅拌均匀，静置消泡，避光保存，得到水性无机纳米瓷感涂料。
本发明还提供了一种所述的水性无机纳米瓷感涂料的用途，可用于刷漆或喷涂水泥面、金属面、塑料面或木料的表面。
本发明还提供了一种所述的水性无机纳米瓷感涂料的用途，可用于卧室墙面、瓷砖衔接处；也可用于电器、机械及家具外表装饰的防腐。
本发明的有益技术效果如下：
(1)氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯的添加，显著提高了瓷感涂料的粘附性、耐候性、耐磨性和耐酸碱性。
(2)无机填料主要由特定比例的灰钙粉、重质碳酸钙、纳米二氧化钛、膨润土、滑石粉和硅藻土组成，各自具有相应的性质，如膨润土由于疏松多孔的结构，遇水膨胀且具有较好的粘性，使得各成分紧密粘接；硅藻土具有多孔结构，密度小，具有优良的隔热特性等；本发明采用特定组成的偶联剂对上述无机填料进行表面处理，提高其在涂料中的分散性，在无机填料含量一定的情况下，赋予涂料较好的剪切粘度，改善涂料的流平性和防沉性，利于施工。
(3)复合偶联剂由铝锆酸酯偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯偶联剂组成，相对于同等添加量的上述单一组分偶联剂或者其他偶联剂，对涂料的粘附性和耐老化性提高更为明显。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明作更具体的解释，但本发明并不仅仅局限于这些实施例，同样这些实施例也不以任何方式限制本发明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的水性无机纳米瓷感涂料，由基体A和反应剂B组成，按重量份，基体A包括：
按重量份，反应剂B包括：
光引发剂 1-2份
水性消泡剂 5-8份
水 10份。
所述氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯的制备方法包括以下步骤：(1)在反应瓶中加入硅酸钠和去离子水配制10-20wt％的硅酸钠溶液；向硅酸钠溶液中缓慢加入2.5wt％的盐酸和草酸混合溶液使体系pH为6.8-7.1，得到硅溶胶，其中盐酸和草酸的质量比为1:1；(2)向硅溶胶中先后加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡并搅拌均匀，在密封的高压釜中，保持搅拌和控温95-105℃的条件下反应5-6小时，冷却至室温后得到氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯溶液，其中甲基丙烯酸羟基酯、二聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡的质量比为10:2:15:0.1。
所述改性无机填料的制备方法包括以下步骤：按质量份数，称量灰钙粉15份，重质碳酸钙7份，纳米二氧化钛6份，膨润土4份，滑石粉5份和硅藻土5份，混合均匀后得到无机填料，分散于乙醇水溶液中，再加入10份浓度20wt％的复合偶联剂的无水乙醇溶液，高速搅拌机中不断搅拌加热1-2h，转速1000-2000转/min，温度70-80℃，自然冷却得到改性无机填料；其中复合偶联剂的组分为铝锆酸酯偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯偶联剂，重量比为1:2:1。
所述水性光敏活性低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、有机硅丙烯酸酯中的一种或组合物。
所述光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、二苯甲酮、2，2-二乙氧基苯基乙酮中的一种或组合。
所述水性消泡剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、聚乙二醇脂肪酸酯中的任意一种。
本发明所述的水性无机纳米瓷感涂料的制备方法包括以下步骤：(1)混料：将氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯、水性光敏活性低聚物、水性光敏活性单体、改性无机填料、群青和水混合均匀，升温至60-65℃，搅拌机以500-800r/min搅拌30min后，自然冷却至室温后得到基体A；(2)将光引发剂、水性消泡剂和水常温搅拌均匀后，得到反应剂B；(3)混合基体A和反应剂B，常温下搅拌均匀，静置消泡，避光保存，得到水性无机纳米瓷感涂料。
本发明所述的水性无机纳米瓷感涂料可用于刷漆或喷涂水泥面、金属面、塑料面或木料的表面。
本发明所述的水性无机纳米瓷感涂料可用于卧室墙面、瓷砖衔接处；也可用于电器、机械及家具外表装饰的防腐。
以下，结合具体实施例对本发明的水性无机纳米瓷感涂料进行具体说明。
实施例1-4
一种水性无机纳米瓷感涂料的制备方法包括如下步骤：
1、制备氧化硅纳米杂化甲基丙烯酸甲酯：(1)在反应瓶中加入硅酸钠和去离子水配制10-20wt％的硅酸钠溶液；向硅酸钠溶液中缓慢加入2.5wt％的盐酸和草酸混合溶液使体系pH为6.8-7.1，得到硅溶胶，其中盐酸和草酸的质量比为1:1；(2)向硅溶胶中先后加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡并搅拌均匀，在密封的高压釜中，保持搅拌和控温95-105℃的条件下反应5-6小时，冷却至室温后得到氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯溶液，其中甲基丙烯酸羟基酯、二聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡的质量比为10:2:15:0.1。
2、制备改性无机填料：(1)按质量份数，称量灰钙粉15份，重质碳酸钙7份，纳米二氧化钛6份，膨润土4份，滑石粉5份和硅藻土5份，混合均匀后得到无机填料，分散于乙醇水溶液中，再加入10份浓度20wt％的复合偶联剂的无水乙醇溶液，高速搅拌机中不断搅拌加热1-2h，转速1000-2000转/min，温度70-80℃，自然冷却得到改性无机填料；其中复合偶联剂的组分为铝锆酸酯偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和NDZ-401钛酸酯偶联剂，重量比为1:2:1。
3、混料：(1)按重量份，将氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯10-30份、水性光敏活性低聚物10-20份、水性光敏活性单体10-20份、改性无机填料20-50份、群青0.1-0.3份和水50份混合均匀，升温至60-65℃，搅拌机以500-800r/min搅拌30min后，自然冷却至室温后得到基体A；(2)按重量份，将光引发剂1-2份、水性消泡剂5-8份和水10份常温搅拌均匀后，得到反应剂B；(3)混合基体A和反应剂B，常温下搅拌均匀，静置消泡，避光保存，得到水性无机纳米瓷感涂料。
表1.物料组成的含量
在实际科研和生产中，选取部分方案作为对比例，其他方案在此不再赘述。
对比例1
市场上随机购买的水性仿瓷涂料，经检测不含聚氨酯甲基丙烯酸酯。
对比例2
与实施例1的制备方法相同，聚氨酯甲基丙烯酸酯替换氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯、。
对比例3
与实施例1的制备方法相同，单一的铝锆酸酯偶联剂替换同等质量的复合偶联剂。
对比例4
与实施例1的制备方法相同，单一的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷替换同等质量的复合偶联剂。
对比例5
与实施例1的制备方法相同，重量比1:1的铝锆酸酯偶联剂和NDZ-401钛酸酯偶联和替换同等质量的复合偶联剂。
对比例6
与实施例1的制备方法相同，重量比1:2的铝锆酸酯偶联剂和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和替换同等质量的复合偶联剂。
对比例7
与实施例1的制备方法相同，重量比1:2的NDZ-401钛酸酯偶联剂和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和替换同等质量的复合偶联剂。
对比例8
与实施例1的制备方法相同，除了如下组分含量不同外：氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯40份和改性无机填料60份。
对比例9
与实施例1的制备方法相同，除了如下组分含量不同外：氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯8份和改性无机填料15份。
性能测试
1、样品制备：将实施例和对比例制备的瓷感涂料涂敷于玻璃片上，自然光光照10h，得到待测试样片。
2、样品测试
1)附着力测试：百格法(3M600,3次)，ISO分为五个等级：0B，这代表油漆的剥落面积大于65％。1B，一些方格部分或者全部剥落，剥落面积大于35％-65％。2B，代表沿切口边缘有部分剥落或大面积油漆剥落，甚至有的格子部分被整片剥落，面积超过15％-35％。3B，代表切口和相交处边缘被剥落面积大于5％-15％。4B，这代表在切口的相交处有小片的油漆剥落，划格区内实际破损小于或等于5％。5B，这代表了格子边缘没有任何剥落，切口边缘完全光滑。这是最高等级的附着力。
2)、耐候性测试：将测试样片放入老化箱中，湿度60％，温度变化范围为-50℃至50℃，升降温速率5℃/h，进行温度循环，测试时间为7天，观察外观并进行附着力测试；
3)、耐磨性：按照标准《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》(GB/T 1768-2006)测试。
4)、耐酸碱性：样片分别放入pH为3-5的盐酸溶液中，浸泡7天后，再放入pH为9-10的碱液中浸泡7天，观察外观及附着力；
表2.仿瓷涂料测试性能
| 附着力 | 耐候性 | 耐磨性 | 耐酸碱性 | |
| 实施例1 | 5B | 无脱皮，5B | 未磨穿 | 无脱皮，5B |
| 实施例2 | 5B | 无脱皮，5B | 未磨穿 | 无脱皮，5B |
| 实施例3 | 5B | 无脱皮，5B | 未磨穿 | 无脱皮，5B |
| 实施例4 | 5B | 无脱皮，5B | 未磨穿 | 无脱皮，5B |
| 对比例1 | 3B | 脱皮 | 磨穿 | 脱皮 |
| 对比例2 | 3B | 无脱皮，3B | 磨穿 | 无脱皮，3B |
| 对比例3 | 3B | 无脱皮，2B | 磨穿 | 无脱皮，2B |
| 对比例4 | 3B | 无脱皮，2B | 磨穿 | 无脱皮，2B |
| 对比例5 | 3B | 无脱皮，2B | 磨穿 | 无脱皮，2B |
| 对比例6 | 3B | 无脱皮，2B | 磨穿 | 无脱皮，2B |
| 对比例7 | 3B | 无脱皮，2B | 磨穿 | 无脱皮，2B |
| 对比例8 | 4B | 无脱皮，3B | 未磨穿 | 无脱皮，3B |
| 对比例9 | 4B | 无脱皮，3B | 未磨穿 | 无脱皮，3B |
通过以上实施例和对比例可以看出采用本发明制备的水性无机纳米瓷感涂料，相对于市场上的瓷感涂料具有更好的粘附性、耐候性、耐磨性和耐酸碱性；并且氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯以及特定组成的偶联剂处理的无机填料，对本领域技术人员关注的粘附力和耐老化性等性能参数有着极其明显的改进作用。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种水性无机纳米瓷感涂料，由基体A和反应剂B组成，其特征在于，
按重量份，基体A包括：
按重量份，反应剂B包括：
光引发剂 1-2份
水性消泡剂 5-8份
水 10份。
2.根据权利要求1所述的水性无机纳米瓷感涂料，其特征在于，所述氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯的制备方法包括以下步骤：
(1)在反应瓶中加入硅酸钠和去离子水配制10-20wt％的硅酸钠溶液；向硅酸钠溶液中缓慢加入2.5wt％的盐酸和草酸混合溶液使体系pH为6.8-7.1，得到硅溶胶，其中盐酸和草酸的质量比为1:1；
(2)向硅溶胶中先后加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡并搅拌均匀，在密封的高压釜中，保持搅拌和控温95-105℃的条件下反应5-6小时，冷却至室温后得到氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯溶液，其中甲基丙烯酸羟基酯、二聚己内酯二醇、甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡的质量比为10:2:15:0.1。
3.根据权利要求1或2所述的水性无机纳米瓷感涂料，其特征在于，所述改性无机填料的制备方法包括以下步骤：
按质量份数，称量灰钙粉15份，重质碳酸钙7份，纳米二氧化钛6份，膨润土4份，滑石粉5份和硅藻土5份，混合均匀后得到无机填料，分散于乙醇水溶液中，再加入10份浓度20wt％的复合偶联剂的无水乙醇溶液，高速搅拌机中不断搅拌加热1-2h，转速1000-2000转/min，温度70-80℃，自然冷却得到改性无机填料；其中复合偶联剂的组分为铝锆酸酯偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯偶联剂，重量比为1:2:1。
4.根据权利要求1所述的水性无机纳米瓷感涂料，其特征在于，所述水性光敏活性低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、有机硅丙烯酸酯中的一种或组合物。
5.根据权利要求1所述的水性无机纳米瓷感涂料，其特征在于，所述光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、二苯甲酮、2，2-二乙氧基苯基乙酮中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的水性无机纳米瓷感涂料，其特征在于，所述水性消泡剂为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、聚乙二醇脂肪酸酯中的任意一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的水性无机纳米瓷感涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混料：将氧化硅纳米杂化含苯聚氨酯甲基丙烯酸酯、水性光敏活性低聚物、水性光敏活性单体、改性无机填料、群青和水混合均匀，升温至60-65℃，搅拌机以500-800r/min搅拌30min后，自然冷却至室温后得到基体A；
(2)将光引发剂、水性消泡剂和水常温搅拌均匀后，得到反应剂B；
(3)混合基体A和反应剂B，常温下搅拌均匀，静置消泡，避光保存，得到水性无机纳米瓷感涂料。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的水性无机纳米瓷感涂料的用途，其特征在于，可用于刷漆或喷涂水泥面、金属面、塑料面或木料的表面。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的水性无机纳米瓷感涂料的用途，其特征在于，可用于卧室墙面、瓷砖衔接处；也可用于电器、机械及家具外表装饰的防腐。
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