CN114958199A - 一种环保型超耐侯预涂板材涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及涂料的技术领域,具体公开了一种环保型超耐侯预涂板材涂料及其制备方法。一种环保型超耐侯预涂板材涂料,包括按重量百分比的以下原料:酰亚胺硅氧烷聚合物40‑70%、玻璃鳞片1‑20%、助剂10‑40%。本申请提供的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,具有良好的耐磨、耐热以及耐候性能,且涂料固体含量高,几乎不含溶剂,极大地降低了挥发性有机物对环境和人体健康的影响,安全环保。

Description

一种环保型超耐侯预涂板材涂料及其制备方法
本发明是引用优先权的发明申请,优先权基础包括:申请号2022104422806、专利名称为“一种硅氧烷聚合物其制备方法”、申请日为2022年04月25日的发明申请案。
技术领域
本申请涉及涂料的技术领域,更具体地说,它涉及一种环保型超耐侯预涂板材涂料及其制备方法。
背景技术
建筑预涂板以硅酸钙为基材,在预涂板的表面涂上涂料使其具有防火、防水、抗老化等性能后,可广泛应用于地铁、医院、隧道、学校、体育场馆以及办公楼等各大领域场所的内外墙。
目前预涂板使用的涂料主要是聚酯涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料和氟碳涂料等,这些涂料一般为溶剂型涂料。此类涂料由于是有机涂层,耐紫外线老化性能差,含有大量VOCs(Volatile Organic Compounds,挥发性有机物),VOCs是形成PM2.5、臭氧等二次污染物的重要前体物质,可能进一步引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。此外,VOCs具有令人不适的特殊气味,还具有毒性、致畸性和致癌性,会对人体健康产生极大危害。
发明内容
为了改善防腐蚀涂料对环境和人体健康的影响,本申请提供一种环保型超耐侯预涂板材涂料及其制备方法。
第一方面,本申请提供的一种环保型超耐侯预涂板材涂料采用如下的技术方案:
一种环保型超耐侯预涂板材涂料,按重量百分比计,包括以下原料:
酰亚胺硅氧烷聚合物40-70%;
玻璃鳞片1-20%;
助剂10-40%。
通过采用上述技术方案,酰亚胺硅氧烷聚合物为涂料的基体部分,使得涂料能够附着在被保护物表面,对被保护物起到覆盖保护的作用;玻璃鳞片具有良好的耐磨性、耐热性,有利于涂料在各种场所的应用;助剂则与涂料中的其他物质复配作用,使得涂料整体具有更好的物理化学性能;由酰亚胺硅氧烷聚合物、玻璃鳞片和助剂组合形成的涂料,固体含量高,几乎不含溶剂,相比于溶剂型涂料挥发性有机物含量大大降低,极大地降低了挥发性有机物对环境和人体健康的影响,安全环保。
酰亚胺聚合物具有优良的耐热性、化学稳定性和力学性能,硅氧烷聚合物则具有良好的光学性能和耐热性,酰亚胺硅氧烷聚合物作为涂料的基体,结合了上述两者的优点,使得涂料在耐热、耐化学物质、耐磨损、耐紫外线等方面表现优异。酰亚胺硅氧烷聚合物主链中的-Si-O-结构能较容易地改变构象,从而使涂层与被保护物表面产生较大的作用力,进而提高涂层在被保护物表面的附着力,涂料还具有耐盐雾腐蚀、耐紫外线的优点,有利于对被保护物提供长效保护。
将涂料涂覆在预涂板材上后,玻璃鳞片在酰亚胺硅氧烷聚合物中重叠排列,形成致密的防渗层结构,腐蚀介质要渗透到预涂板材表面需要经过多次曲折的路径,因此有效地提高了涂料的防腐蚀能力,有利于涂料在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶上的应用;此外,玻璃鳞片还具有良好的耐磨性和耐热性,热膨胀系数小,使得涂层不易因温度变化产生变形。
优选的,所述酰亚胺硅氧烷聚合物采用以下步骤制备:
将酸酐类物质和氨基硅氧烷按摩尔比为(0.3-1.0):1.0混合,在冰浴中搅拌并反应8h以上,得到酰亚胺酸硅氧烷;
将酰亚胺酸硅氧烷在70-100℃下搅拌聚合,搅拌时间为4-8h,制得酰亚胺硅氧烷聚合物。
通过采用上述技术方案,反应物中酸酐类物质和氨基硅氧烷的摩尔比为(0.3-1.0):1.0时,制得的酰亚胺硅氧烷聚合物使得涂料的附着力提高,涂层不易脱落,有利于延长涂料的有效保护期;此外,冰浴反应和加热聚合的温度容易达到,制备反应能耗较低,有利于节约涂料的制备成本。
优选的,所述酸酐类物质选自偏苯三酸酐、1,2,4-环己烷三甲酸酐、(-)-O-乙酰-L-苹果酸酐、均苯四甲酸二酐、四氟琥珀酸酐、4-甲基六氢苯酐、卡龙酸酐、甲基四氢邻苯酸酐或2,2-二甲基琥珀酸酐中的一种或多种。
通过采用上述技术方案,酸酐类物质选用分子内酸酐,有利于将-O-的位置替换为N,形成酰亚胺;其中,使用偏苯三酸酐作为反应物,得到的酰亚胺酸硅氧烷产率较高,且偏苯三酸酐的价格较低,有利于控制涂料制备的成本。
优选的,所述氨基硅氧烷可采用如下结构式表示:
Figure BDA0003701259820000031
其中,R1为甲基、乙基、丙基中的一种,R2为甲基、乙基、丙基、异辛基、苯基、甲氧基、乙氧基、丙氧基中的一种,A为-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-CH(CH3O)-、-CH(COOH)-、-(CH2)3-NH-(CH2)2-中的一种。
通过采用上述技术方案,氨基硅氧烷的选择可以有多种,原料来源广泛,有利于对涂料进行质量和成本控制;氨基硅氧烷中含有多个烷氧基,使得制得的酰亚胺硅氧烷聚合物中也含有可以吸水的烷氧基,烷氧基与水反应生成羟基,有利于聚合物分子之间的交联以及提高涂料中有机聚合物和无机物质的兼容性。
优选的,所述酰亚胺硅氧烷聚合物中的酰亚胺键位于聚合物侧链上。
通过采用上述技术方案,在较高温度下,酰亚胺硅氧烷聚合物侧链中的酰亚胺环部分断裂,有利于减少主链断裂的可能,提高了涂料的耐热性能。
优选的,所述酰亚胺硅氧烷聚合物中的硅氧键所占的相对分子质量比为50-60%。
通过采用上述技术方案,硅氧键在紫外线的照射下不易断开,使得涂层不易开裂和粉化,具有较强的耐候性能,硅氧键所占比例较高有利于提高涂层的硬度和耐紫外线性能,但硅氧键所占比例过高会使得酰压胺键等其他功能性化学键减少,不利于保持涂料的其他性能。
优选的,按占所述环保型超耐侯预涂板材涂料的重量百分比计,所述助剂包括:
云母粉1-10%;
无机颜料1-20%;
酞酸酯催化剂1-10%。
通过采用上述技术方案,云母粉在涂料中分散性良好,可对酰亚胺硅氧烷聚合物进行有效填充,有利于提升涂层的抗磨性能并降低涂料的原料成本,片状的云母粉可在涂层内形成基本平行的取向排列,有利于对水和其他腐蚀性物质进行阻隔;无机颜料可对涂料进行调色,有利于满足涂料在不同应用场景中的装饰需求;酞酸酯催化剂能够将涂料中的有机聚合物和无机物质连结起来,有利于提高涂料中各物质的兼容性。
第二方面,本申请提供的一种环保型超耐侯预涂板材涂料的制备方法,包括以下步骤:
将所述酰亚胺硅氧烷聚合物、所述玻璃鳞片、所述云母粉和所述无机颜料混合并分散,制得混合料;
将所述酞酸酯催化剂加入所述混合料中,经过分散,制得环保型超耐侯预涂板材涂料。
通过采用上述技术方案,先将酰亚胺硅氧烷聚合物、玻璃鳞片、云母粉和无机颜料混合并分散,使得玻璃鳞片、云母粉和无机颜料易于分散在酰亚胺硅氧烷聚合物基体中,分散制成混合料后,再加入酞酸酯催化剂将有机聚合物和无机物质连结起来,有利于使得涂料的质地更为均匀,涂覆后的预涂板表面更加光滑。
优选的,制得混合料的所述分散过程的转速为300-600rpm,时间为50min-70min。
通过采用上述技术方案,控制分散过程的转速和时间,有利于玻璃鳞片、云母粉和无机颜料均匀分散于酰亚胺硅氧烷聚合物中,同时也不会有多余耗能。
第三方面,本申请提供一种环保型超耐侯预涂板材涂料在无机硅钙板、复合板或金属板表面涂覆上的应用。
通过采用上述技术方案,制得的环保型超耐侯预涂板材涂料可以应用于多种不同材质的板材的表面涂覆,改善了预涂板耐磨、耐热等各项性能,有利于增强涂料在各种场所中的适用性,经济实用。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.本发明提供了一种环保型超耐侯预涂板材涂料,涂料在耐紫外线、耐盐雾、附着力等方面表现优异,能够广泛应用于交通工具、建筑工程、海洋工程等领域,为被涂物提供长效保护;涂料固体含量高,几乎不含溶剂,相比于溶剂型涂料挥发性有机物含量大大降低,极大地降低了挥发性有机物对环境和人体健康的影响,安全环保。
2.本发明提供了一种环保型超耐侯预涂板材涂料,将涂料涂覆在预涂板材上后,玻璃鳞片在酰亚胺硅氧烷聚合物中重叠排列,形成致密的无机类硅氧键结构的防护涂层,因此有效地提高了涂层长期耐紫外线能力,特别有利于涂料在各种建筑表面防护、海洋工程设备等强紫外线、高温、高湿、高腐蚀环境下的应用。
3.本发明中酰亚胺硅氧烷聚合物中的酰亚胺键位于聚合物侧链上,在较高温度下,酰亚胺硅氧烷聚合物侧链中的酰亚胺环部分断裂,有利于减少主链断裂的可能,提高了涂料的耐热性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特殊说明的是:以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行,以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
制备例1-7
将酸酐类物质和氨基硅氧烷按一定摩尔比加入反应釜混合,在0℃的冰浴中一边搅拌一边反应10h,得到酰亚胺酸硅氧烷。
将酰亚胺酸硅氧烷在85℃下搅拌聚合6h,制得酰亚胺硅氧烷聚合物。
上述酸酐类物质、氨基硅氧烷的种类和摩尔比如表1所示。
对比制备例1-2
对比制备例1-2与制备例1的区别在于酸酐类物质和氨基硅氧烷摩尔比不同,酸酐类物质、氨基硅氧烷的种类和摩尔比如表1所示。
表1制备例1-7以及对比制备例1-2中原料的种类和摩尔比
Figure BDA0003701259820000051
实施例1
将酰亚胺硅氧烷聚合物、玻璃鳞片、钛白粉、云母粉按一定比例混合并在300rpm的转速下分散,分散时间为60min,制得混合料。再将酞酸酯催化剂加入混合料中,在300rpm的转速下分散,分散时间为60min,制得涂料。其中,实施例1中的酰亚胺硅氧烷聚合物来自于制备例1,各原料的具体比例见表2。
实施例2-7
实施例2-7与实施例1的不同之处在于,实施例2-7中的酰亚胺硅氧烷聚合物分别对应来自于制备例2-7。
实施例8-9
实施例8-9与实施例1的不同之处在于,实施例8-9中的酰亚胺硅氧烷聚合物分别对应来自于对比制备例1-2。
实施例10-14
实施例10-14与实施例1的区别在于各原料的配比不同,各原料的具体配比见表2。
表2实施例1和实施例10-14各原料的配比(以重量百分比计)
Figure BDA0003701259820000061
对比例1-3
对比例1-3与实施例14的区别在于各原料的配比不同,各原料的具体配比见表3。
对比例4
对比例4与实施例14的区别在于:用等量的3-氨丙基三甲氧基硅烷聚合物代替实施例1中的酰亚胺硅氧烷聚合物。
表3实施例14和对比例1-3各原料的配比(以重量百分比计)
Figure BDA0003701259820000062
Figure BDA0003701259820000071
性能检测试验以钢板(150mm×70mm×1mm)为基材,进行表面处理后,将实施例1-15以及对比例1-4中制得的涂料喷涂在钢板表面作为测试板,涂层厚度为10-300μm。将测试板养护一定时间后,按照下列试验标准进行性能测试,结果见表4。
测试板养护168h后进行QUV人工老化测试:JG/T 224-2007,时间越长,耐紫外线性能越好;
测试板养护168h后进行耐盐雾测试:JG/T 224-2007,时间越长,耐盐雾性能越好;
测试板养护168h后进行不燃性测试:GB/T 1740-2007,等级分为A-C级,A1级为最高;
测试板养护48h后进行附着力测试:GB/T 9286-1998,等级分为0-5级,0级附着力最好。
表4
Figure BDA0003701259820000072
Figure BDA0003701259820000081
根据实施例1-14并结合表4可知,由酰亚胺硅氧烷聚合物作为成膜物质,并添加玻璃鳞片、无机颜料、云母粉和酞酸酯催化剂复配形成的涂料,耐紫外线、耐盐雾腐蚀、不燃性能优良,附着力强,固体含量高,几乎不含溶剂,相比于溶剂型涂料挥发性有机物含量大大降低,极大地降低了挥发性有机物对环境和人体健康的影响,安全环保。
具体地,实施例8和9中使用的酰亚胺硅氧烷聚合物在制备时使用的酸酐类物质和氨基硅氧烷摩尔比分别为0.2:1.0和1.1:1.0,不恰当的反应摩尔比导致酸酐或者氨基没有被完全酰亚胺化,从而导致涂层的耐紫外线、耐腐蚀性能变差,不利于涂料的长效保护,因此,制备酰亚胺硅氧烷聚合物时酸酐类物质和氨基硅氧烷的最佳摩尔比为(0.3-1.0):1.0。
实施例10中酰亚胺硅氧烷聚合物的比例小于实施例1,涂料的耐盐雾腐蚀性能有所降低,实施例11中酰亚胺硅氧烷聚合物的比例大于实施例1,涂料的耐紫外线、耐盐雾腐蚀性能均有所升高,因此,酰亚胺硅氧烷聚合物能够增强涂料的耐紫外线、耐盐雾腐蚀性能,延长涂料的使用寿命。但对比例1中的酰亚胺硅氧烷聚合物比例相对于实施例14过高,会导致涂层的耐紫外线性能和阻燃性能变差。
实施例12中玻璃鳞片的比例大于实施例1,对涂料的耐盐雾腐蚀性有提升影响,玻璃鳞片在酰亚胺硅氧烷聚合物中重叠排列,形成致密的防护层结构,腐蚀介质要渗透到预涂板材表面需要经过多次曲折的路径,玻璃鳞片的结构在涂层中产生的“迷宫效应”有效地提高了涂料的防腐蚀能力,另外,片状材料的添加对于无机材料受热应力的释放起到较好的缓冲效果,因此能够增强涂料的附着力和耐盐雾腐蚀性,有利于延长涂料的使用寿命周期。实施例13中玻璃鳞片的比例小于实施例1,涂料的耐紫外性能、耐盐雾腐蚀性有所降低。对比例2未添加玻璃鳞片,涂料的耐盐雾腐蚀性有较大降低,附着力也不如实施例14,但对比例3中的玻璃鳞片比例过高,会导致盐雾腐蚀和附着力下降,这是因为过多含量的玻璃鳞片导致涂膜的致密性变差,同时降低了涂层多基材的附着力。
对比例4使用等量的3-氨丙基三甲氧基硅烷聚合物代替实施例1中的酰亚胺硅氧烷聚合物,3-氨丙基三甲氧基硅烷聚合物并未被酰亚胺化,使得涂料的耐紫外线性、耐盐雾腐蚀性大大降低,同时阻燃性能降低。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于,按重量百分比计,包括以下原料:
酰亚胺硅氧烷聚合物40-70%;
玻璃鳞片1-20%;
助剂10-40%。
2.根据权利要求1所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于,所述酰亚胺硅氧烷聚合物采用以下步骤制备:
将酸酐类物质和氨基硅氧烷按摩尔比为(0.3-1.0):1.0混合,在冰浴中搅拌并反应8h以上,得到酰亚胺酸硅氧烷;
将酰亚胺酸硅氧烷在70-100℃下搅拌聚合,搅拌时间为4-8h,制得酰亚胺硅氧烷聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于:所述酸酐类物质选自偏苯三酸酐、1,2,4-环己烷三甲酸酐、(-)-O-乙酰-L-苹果酸酐、均苯四甲酸二酐、四氟琥珀酸酐、4-甲基六氢苯酐、卡龙酸酐、甲基四氢邻苯酸酐或2,2-二甲基琥珀酸酐中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于,所述氨基硅氧烷可采用如下结构式表示:
Figure FDA0003701259810000011
其中,R1为甲基、乙基、丙基中的一种,R2为甲基、乙基、丙基、异辛基、苯基、甲氧基、乙氧基、丙氧基中的一种,A为-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-CH(CH3O)-、-CH(COOH)-、-(CH2)3-NH-(CH2)2-中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于:所述酰亚胺硅氧烷聚合物中的酰亚胺键位于聚合物侧链上。
6.根据权利要求1所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于:所述酰亚胺硅氧烷聚合物中的硅氧键所占的相对分子质量比为50-60%。
7.根据权利要求1所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,其特征在于,按占所述环保型超耐侯预涂板材涂料的重量百分比计,所述助剂包括:
云母粉1-10%;
无机颜料1-20%;
酞酸酯催化剂1-10%。
8.一种如权利要求7所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将所述酰亚胺硅氧烷聚合物、所述玻璃鳞片、所述云母粉和所述无机颜料混合并分散,制得混合料;
将所述酞酸酯催化剂加入所述混合料中,经过分散,制得环保型超耐侯预涂板材涂料。
9.根据权利要求8所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料的制备方法,其特征在于:制得混合料的所述分散过程的转速为300-600rpm,时间为50min-70min。
10.如权利要求1-7任一项所述的一种环保型超耐侯预涂板材涂料,在无机硅钙板、铝塑版、复合材料板或金属板表面涂覆上的应用。
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