CN113385392B - 一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水性丙烯酸树脂涂料技术领域，尤其涉及一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法。其包括以下步骤：选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料；将水性丙烯酸树脂涂料和乙酸乙酯混合，得到溶液A，将溶液A喷涂于材料表面或将材料浸渍于溶液A中，然后固化；将碱液和银的前驱体溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料浸渍于溶液B中后，干燥。本申请在乙酸乙酯的条件下，再于固化后的水性丙烯酸树脂涂层上、通过碱液和银的前驱体间接地构建氧化银，可以构建粗糙的涂层表面，从而构建较大的涂层‑水的接触角，提高涂层表面的疏水性能。

Description

一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法
技术领域
本发明涉及水性丙烯酸树脂涂料技术领域，尤其涉及一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法。
背景技术
水性丙烯酸树脂涂料是一种以丙烯酸酯或其它乙烯基类单体为主要成膜物质的水性涂料。它的主要成分包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体以及丙烯酸树脂水溶液。水性丙烯酸酯涂料具有颜色浅、透明度高、亮度高、固含量高、附着力强、施工性能好、使用安全等优点，因此其越来越受到消费者的青睐，具有广阔的市场潜力和发展前景。
但是，由于水性丙烯酸树脂以水为分散介质，在固化过程中容易出现固化不完全的现象，残留的水基助剂导致涂料的耐水性差。此外，与溶剂型涂料相比，水的蒸发热大，因此水性丙烯酸树脂涂料的干燥时间长，耗能高，残留的水性助剂也对漆膜的耐水性能产生了不利影响。因此，亟需一种具有高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂料。
现有技术中，为了减少水性丙烯酸涂料的使用限制，对水性丙烯酸树脂涂料进行了各式各样的改性研究，以提高其耐水性能。比如采用有机硅改性，有机硅中的硅原子主要的特点就是有独特的电子结构，让硅氧键具备双键特征。有机硅的疏水性、耐高低温等特性可以提高丙烯酸树脂的耐污性以及耐水性。此外，还有采用有机氟、聚氨酯等改性水性丙烯酸树脂涂料的方法。
公开号为CN102417773A的专利文件公开了这样一种超疏水丙烯酸树脂涂料。该涂料由纳米粒子、丙烯酸树脂、混合溶剂、十七氟三甲氧基乙氧基硅烷组成，各组成成分之间的比例为：纳米粒子：丙烯酸树脂：混合溶剂：十七氟三甲氧基乙氧基硅烷=100：20-60：20-600：3-10。将该涂料喷涂于固体表面后，其表面水滴接触角在150-160°之间，滚动角小于10°。该申请中，主要是通过简单地物理混合纳米粒子来进行疏水改性，而纳米粒子很容易从涂层上脱落，造成涂层在长期使用后疏水性降低的问题。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，包括以下步骤：
a.选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料；
b.将水性丙烯酸树脂涂料和乙酸乙酯混合，得到溶液A，将溶液A喷涂于材料表面或将材料浸渍于溶液A中，然后固化；
c.将碱液和银的前驱体溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料浸渍于溶液B中后，干燥。
高耐水性能通常通过疏水修饰实现，目前，疏水表面制备方法主要有两种，一种是在材料表面构建粗糙微米或纳米结构，另一种是在粗糙表面上修饰低表面能的物质。
现有技术中，通常会在涂料中简单物理混合纳米氧化银、纳米银，旨在改善涂料的杀菌性能。本申请的发明人意外地发现，在乙酸乙酯的条件下，再于固化后的水性丙烯酸树脂涂层上、通过碱液和银的前驱体间接地构建氧化银，可以构建粗糙的涂层表面，从而构建较大的涂层-水的接触角，提高涂层表面的疏水性能。
申请人分析认为其原理为：首先以乙酸乙酯作为水性丙烯酸树脂涂料的溶剂，将两者混合均匀后喷涂于材料表面，可以得到丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层。然后，当固化后的丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层浸渍在碱液和银的前驱体混合液（即溶液B）中时，第一，碱液会和银的前驱体反应生成氧化银，氧化银在丙烯酸树脂-乙酸乙酯表面上生长，形成纳米级凸起，如同荷叶表面的乳突，构建了第一层粗糙效果。第二，在碱液的作用下，部分乙酸乙酯发生碱性水解、生成乙酸盐和乙醇，这就使得原丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层上、由于乙酸乙酯的离开而形成大量微孔，构建了第二层粗糙效果。第三，由于上述微孔的生成需要消耗碱液，导致微孔附近的碱浓度较低，而氧化银的生成也需要碱液，因此微孔附近生成的氧化银要少于其他部位，从而加大了粗糙度。第四，由于上述乙酸乙酯的分解会生成乙醇，而氧化银在碱性介质的催化下，又可以将乙醇氧化为乙醛，氧化银自身被还原为单质银；进一步地，乙醛又可以将银离子和氧化银还原为单质银，因此，丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层上不仅生长有纳米氧化银，还生长有纳米银，纳米氧化银和纳米银本身具有不同的粒径，因此进一步地缔造了第三层粗糙效果。
此外，于丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层上生长的纳米氧化银和纳米银还能给涂层带来有效的抗菌性能，进一步提高涂层实用性。
为了进一步提高本申请中涂层的疏水性能，作为本发明的优选，还包括以下步骤d：将硬脂酸、乙酸和无水乙醇混合，得到溶液C；将步骤c中干燥后的材料浸渍于溶液C中后，干燥。
通过硬脂酸可以对涂层进一步地进行低表面能处理，同时，硬脂酸可以与氧化银纳米粒子发生复分解反应，硬脂酸分子中的羧基与吸附在氧化银纳米粒子表面的羟基发生化学键合，最终生成珊瑚状的硬脂酸银粗糙表面，进一步改善涂层的超疏水性能。
为了提高丙烯酸树脂-乙酸乙酯涂层于材料上的附着强度，作为本发明的优选，步骤b中，在喷涂之前，对材料进行前处理：将材料浸渍于乙醇溶液中，超声处理20-30min后，干燥。
同时，其中乙醇溶液还能增加涂层上的羟基浓度，以在后续操作中，通过硬脂酸中的羧基与羟基化学键合，提高硬脂酸接枝到涂层上的比例，而提高硬脂酸对涂层低表面能处理的效果。
作为本发明的优选，步骤b中，首先采用70-95℃的红外干燥，然后固化。
作为本发明的优选，采用多段式红外干燥，依次于70-78℃、78-85℃、85-95℃条件下干燥。
通过三段不同温度的红外流平干燥过程，可以使得水性丙烯酸酯树脂涂料内存在的水分在经过温度从低到高的红外线的作用下，水分逐渐脱离体系，三段设置一方面增加了红外流平干燥的时间，另一方面能够更深层次对体系进行红外流平干燥，将处于其中的水分充分挥发，使得体系内水含量更低，固化后的漆膜耐水性能更好。
作为本发明的优选，采用多段式固化，依次于UV光固化灯功率的50%、100%、50%条件下固化。
作为本发明的优选，步骤c中，浸渍5-10min后，于95-105℃下烘干。
作为本发明的优选，步骤d中，浸渍45-60min。
作为本发明的优选，所述溶液A的制备方法为：按照质量比，将1份乙酸乙酯滴入3-5份水性丙烯酸树脂涂料中，搅拌30-40min。
作为本发明的优选，所述溶液C中，按照质量份，包括10份无水乙醇、2.5-3.5份乙酸、0.5-1.5份硬脂酸。
本发明的有益效果：
1. 本申请在乙酸乙酯的条件下，再于固化后的水性丙烯酸树脂涂层上、通过碱液和银的前驱体间接地构建氧化银，可以构建粗糙的涂层表面，从而构建较大的涂层-水的接触角，提高涂层表面的疏水性能。
2.本申请在构建超疏水表面的同时引入了纳米氧化银和纳米银，纳米氧化银和纳米银具有较强的抗菌活性，采用其代替杀菌剂，可以绿色环保地提高材料的抗菌性。
3.本申请进一步地用硬脂酸进行低表面能处理，在材料表面构建珊瑚状的硬脂酸银粗糙表面，进一步提高疏水性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，包括以下步骤：
a.选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料：选用满足《HGT 4758-2014水性丙烯酸树脂涂料行业标准》的水性丙烯酸树脂涂料。材料选用棉织物。
b.按照质量比，将1份乙酸乙酯滴入4份水性丙烯酸树脂涂料中，搅拌35min，得到溶液A。将溶液A用50 μm的湿膜制备器涂饰在材料表面，然后将材料置于箱体底部安装红外陶瓷发热管的红外干燥箱内，设置温度为80 ℃，干燥10min。然后将材料置于UV固化箱内，箱体顶部安装有三根UV灯管，每根灯管额定功率为7000 W，在7000W功率下完成固化。
c.将0.1mol/L的氢氧化钠和硝酸银溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料于溶液B中浸渍8min，然后于100℃下烘干，得到具有高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的材料。
对制得的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
本实施例中，还包括以下步骤d：按照质量份，将1份硬脂酸、3份乙酸和10份无水乙醇混合，得到溶液C；将步骤c中烘干后的材料于溶液C中浸渍50min后，干燥，得到具有高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的材料。
对制得的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
实施例3
本实施例与实施例2基本相同，其不同之处仅在于：
本实施例中，步骤b中，在喷涂之前，还需要对材料进行前处理：将材料浸渍于70%的乙醇溶液中，超声处理25min后，干燥。再将溶液A涂饰于材料上。
对制得的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，其不同之处仅在于：
本实施例中，步骤b中，设置传送带，沿传送带传送方向依次设置红外干燥装置和UV固化装置。其中，红外干燥装置采用三个串联的红外干燥箱，沿传送带传送方向依次设置温度为75℃、80℃、90℃。UV固化箱内沿传送带传送方向依次设有3根UV灯管，每根灯管额定功率为7000 W，每根UV灯管均独立控制功率，沿传送带传送方向依次调节功率为3500W、7000 W、3500W。将材料置于生产线传送带上，传动带带动材料以0.5m/s的速度匀速地通过红外干燥装置和UV固化装置，完成干燥固化。
实施例5
一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，包括以下步骤：
a.选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料：选用满足《HGT 4758-2014水性丙烯酸树脂涂料行业标准》的水性丙烯酸树脂涂料。材料选用木塑复合板。
b.将材料浸渍于50%的乙醇溶液中，超声处理20min后，干燥。
按照质量比，将1份乙酸乙酯滴入3份水性丙烯酸树脂涂料中，搅拌30min，得到溶液A。
将干燥后的材料浸渍在溶液A中30min后取出。
设置传送带，沿传送带传送方向依次设置红外干燥装置和UV固化装置。其中，红外干燥装置采用三个串联的红外干燥箱，沿传送带传送方向依次设置温度为70℃、78℃、85℃。UV固化箱内沿传送带传送方向依次设有3根UV灯管，每根灯管额定功率为6000 W，每根UV灯管均独立控制功率，沿传送带传送方向依次调节功率为3000W、6000 W、4000W。将材料置于生产线传送带上，传动带带动材料以0.2m/s的速度匀速地通过红外干燥装置和UV固化装置，完成干燥固化。
c.将0.1mol/L的氢氧化钠和硝酸银溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料于溶液B中浸渍5min，然后于95℃下烘干。
d.按照质量份，将0.5份硬脂酸、2.5份乙酸和10份无水乙醇混合，得到溶液C；将步骤c中烘干后的材料于溶液C中浸渍45min后，干燥，得到具有高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的材料。
对制得的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
实施例6
一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，包括以下步骤：
a.选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料：选用满足《HGT 4758-2014水性丙烯酸树脂涂料行业标准》的水性丙烯酸树脂涂料。材料选用实木板。
b.将材料浸渍于30%的乙醇溶液中，超声处理30min后，干燥。
按照质量比，将1份乙酸乙酯滴入5份水性丙烯酸树脂涂料中，搅拌40min，得到溶液A。
将材料浸渍在溶液A中30min后取出。
设置传送带，沿传送带传送方向依次设置红外干燥装置和UV固化装置。其中，红外干燥装置采用三个串联的红外干燥箱，沿传送带传送方向依次设置温度为78℃、85℃、95℃。UV固化箱内沿传送带传送方向依次设有3根UV灯管，每根灯管额定功率为8000 W，每根UV灯管均独立控制功率，沿传送带传送方向依次调节功率为4000W、8000 W、3000W。将材料置于生产线传送带上，传动带带动材料以1.2m/s的速度匀速地通过红外干燥装置和UV固化装置，完成干燥固化。
c.将0.1mol/L的氢氧化钠和硝酸银溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料于溶液B中浸渍10min，然后于105℃下烘干。
d.按照质量份，将1.5份硬脂酸、3.5份乙酸和10份无水乙醇混合，得到溶液C；将步骤c中烘干后的材料于溶液C中浸渍60min后，干燥，得到具有高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的材料。
对制得的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
对比例1
直接将实施例1中选用的水性丙烯酸树脂涂料用50 μm的湿膜制备器涂饰在棉织物表面，然后将棉织物通过实施例1的方式进行干燥固化。对干燥固化得到的棉织物用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：不加入氢氧化钠和硝酸银溶液（即不进行步骤c），直接对步骤b中完成干燥固化的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：步骤b中，不加入乙酸乙酯。直接将实施例1中选用的水性丙烯酸树脂涂料用50 μm的湿膜制备器涂饰在材料表面，然后将材料通过实施例1的方式进行干燥固化。对干燥固化得到的材料进行步骤c，得到的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
对比例4
本对比例与实施例2基本相同，其不同之处仅在于：步骤b中，不加入乙酸乙酯。得到的材料用接触角测试仪测试涂层表面的润湿性，结果如下表1。
表1.
Figure 664959DEST_PATH_IMAGE002
如表1所示，通过对比实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的接触角检测数据，可知，本申请通过在乙酸乙酯的条件下、以碱液和银的前驱体间接地构建氧化银的技术手段，可以有效提高涂层与水的接触角，从而提高涂层的耐水性。通过对比实施例2和对比例4，可知，虽然传统技术中通过硬脂酸银的制备可以一定程度上提高涂层的接触角，但是在乙酸乙酯的作用下，接触角可以得到进一步地增加，极大地提高了涂层的耐水性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以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，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.选用市售的任意一种水性丙烯酸树脂涂料；
b.将水性丙烯酸树脂涂料和乙酸乙酯混合，得到溶液A，将溶液A喷涂于材料表面或将材料浸渍于溶液A中，然后固化；所述溶液A的制备方法为：按照质量比，将1份乙酸乙酯滴入3-5份水性丙烯酸树脂涂料中，搅拌30-40min；
c.将碱液和银的前驱体溶液混合，得到溶液B；将固化后的材料浸渍于溶液B中后，干燥。
2.根据权利要求1所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：还包括以下步骤d：将硬脂酸、乙酸和无水乙醇混合，得到溶液C；将步骤c中干燥后的材料浸渍于溶液C中后，干燥。
3.根据权利要求1所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：步骤b中，在喷涂之前，对材料进行前处理：将材料浸渍于乙醇溶液中，超声处理20-30min后，干燥。
4.根据权利要求1所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：步骤b中，首先采用70-95℃的红外干燥，然后固化。
5.根据权利要求4所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：采用多段式红外干燥，依次于70-78℃、78-85℃、85-95℃条件下干燥。
6.根据权利要求4所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：采用多段式固化，依次于3000-4000W、6000-8000W、3000-4000W的UV光固化功率的条件下固化。
7.根据权利要求1所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：步骤c中，浸渍5-10min后，于95-105℃下烘干。
8.根据权利要求2所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：步骤d中，浸渍45-60min。
9.根据权利要求2所述的一种高耐水性能的水性丙烯酸树脂涂层的构建方法，其特征在于：所述溶液C中，按照质量份，包括10份无水乙醇、2.5-3.5份乙酸、0.5-1.5份硬脂酸。
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