CN115011184A - 一种基于无机杂化的水性涂料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水性涂料技术领域，具体公开了一种基于无机杂化的水性涂料及其制备方法与应用。基于无机杂化的水性涂料，由A组分和B组分制备而成，其中，A组分包括无机杂化丙烯酸乳液，B组分包括水性异氰酸酯；无机杂化丙烯酸乳液采用的无机杂化原料为硅酸盐。本发明采用经无机杂化改性的丙烯酸乳液为成膜树脂，并与水性异氰酸酯构成双组分水性涂料，无机杂化丙烯酸乳液与水性异氰酸酯交联剂进行交联固化，所制得的水性涂料具有干燥快、强度高、硬度高，附着力强等特点；且具有耐水、耐热、抗老化等方面优良性能，尤其是具有突出的阻燃性，不仅对基材起到保护作用，更能通过阻止、延缓火灾的发生，提高产品使用的安全级别。
Description
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种基于无机杂化的水性涂料及其制备方法与应用。
背景技术
随着环保概念的大力倡导，涂料的水性化已成为行业发展的必然趋势。水性涂料是一种水分节散性涂料，无毒环保，不含苯类等有害溶剂，不含游离甲苯二异氰酸酯(缩写：TDI)；同时，水性涂料施工简单方便，不易出现气泡、颗粒等油性涂料常见问题，且漆膜手感好，固体含量高，漆膜丰满坚韧，不易黄变。但大部分水性漆也存在硬度和耐高温性不佳等缺陷。
木器涂装“油”改“水”也已经在行业内形成惯性合力，水性单组份木器漆在大范围内进行替换油性硝基木器漆，而水性双组份木器漆也已出现逐步替换传统溶剂型双组份聚氨酯木器漆的征兆。木器用水性涂料主要包括水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂和水性醇酸树脂。其中：水性丙烯酸乳液虽然具有良好的耐老化性，但其耐水性、耐高温性和阻燃性等方面性能均不佳，尤其是用做户外涂料使用时，难以达到相关国家标准要求。
因此，亟需研发一种可兼具良好的耐水性、耐高温性和阻燃性的水性涂料，以更好地保护基材，并提高使用的安全性。
发明内容
针对现有技术中水性丙烯酸乳液在耐水性、耐高温性和阻燃性方面的性能不佳的技术问题，本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于无机杂化的水性涂料，所述水性涂料兼具耐水、耐热、抗老化等方面的优良性能，尤其具有突出的阻燃性能，具有较好的防火效果。
本发明的第一方面提供了一种基于无机杂化的水性涂料。
具体的，一种基于无机杂化的水性涂料，所述水性涂料由A组分和B组分制备而成，其中，所述A组分包括无机杂化丙烯酸乳液，所述B组分包括水性异氰酸酯；所述无机杂化丙烯酸乳液采用的无机杂化原料为硅酸盐。
本发明采用经无机杂化改性的丙烯酸乳液为成膜树脂，与一定量的水性异氰酸酯配合使用时，无机杂化改性的丙烯酸乳液与水性异氰酸酯交联剂进行交联固化，所制得的水性涂料具有干燥快、强度高、硬度高、附着力强等特点；且具有耐水、耐热、抗老化等方面优良性能，尤其是具有突出的阻燃性，不仅对基材起到保护作用，更能通过阻止、延缓火灾的发生，提高产品使用的安全级别。
优选的，所述硅酸盐选自硅溶胶、硅酸钾、硅酸钠中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述无机杂化丙烯酸乳液中硅酸盐的含量为3-60wt％。
优选的，所述无机杂化丙烯酸乳液中硅酸盐的含量为30-50wt％。
进一步优选的，所述无机杂化丙烯酸乳液中硅酸盐的含量为35-47wt％。
作为上述方案的进一步改进，所述无机杂化丙烯酸乳液的羟值为10-38mg/g。
优选的，所述无机杂化丙烯酸乳液的羟值为16-32mg/g。
作为上述方案的进一步改进，所述A组分和所述B组分的质量比为100：(5-15)。
优选的，所述A组分和所述B组分的质量比为100：(5-10)。
作为上述方案的进一步改进，所述A组分还包括消泡剂、杀菌剂、防霉剂、流平剂中的至少一种。
优选的，所述流平剂选自但不限于迪高公司的245。
优选的，所述消泡剂选自但不限于德固赛公司消泡剂2290。
优选的，所述防霉剂选自但不限于南通博大生化有限公司的MS-6。
优选的，所述杀菌剂选自但不限于巴斯夫公司的BIT20。
作为上述方案的进一步改进，按重量份计，所述A组分包括：无机杂化丙烯酸乳液80-98份，消泡剂0.05-0.5份、杀菌剂0.01-0.05份、防霉剂0.01-0.1份、流平剂0.01-0.1份。
进一步的，所述所述A组分还包括水，所述水的加入量按重量份计为1-20份。
具体的，本发明通过调整无机杂化丙烯酸乳液与各助剂间的最佳配比关系，各原料间协同作用，以使制备的漆膜可同时兼具耐水、耐热、抗老化等方面的优良性能，尤其是优异的阻燃性能。
作为上述方案的进一步改进，所述无机杂化丙烯酸乳液选自四川南乔树脂化工有限公司的M1831A、四川南乔树脂化工有限公司的M1638、四川南乔树脂化工有限公司的M1931A中的至少一种。
具体的，这些无机杂化丙烯酸乳液与水性异氰酸酯固化剂配合使用时，具有干燥快、强度高、硬度高、附着力强、耐水、耐老化、耐高温等特点。同时具有较好的阻燃效果，安全环保。此外，这些无机杂化丙烯酸乳液对木材具有良好的渗透性、封闭性，可有效封闭导孔，防止单宁酸、色素的渗出，并对木板表面进行填充。
作为上述方案的进一步改进，所述水性异氰酸酯选自武汉仕全兴水性新材料有限公司的S-205，广州也乐新材料制造有限公司的6500、广州也乐新材料制造有限公司的6800中的至少一种。
本发明的第二方面提供了一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法。
具体的，一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，所述制备方法用于制备本发明所述的水性涂料，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将A组分的各原料依次加入，进行混合分散，得所述A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得所述水性涂料。
作为上述方案的进一步改进，所述A组分的制备步骤为：
在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂和防霉剂加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得所述A组分。
本发明的第三方面提供了一种基于无机杂化的水性涂料的应用。
具体的，一种涂层，所述涂层由本发明所述的基于无机杂化的水性涂料制成。
作为上述方案的进一步改进，所述涂层为底漆层或面漆层。
本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
本发明采用经无机杂化改性的丙烯酸乳液为成膜树脂，并与水性异氰酸酯构成双组分水性涂料，无机杂化丙烯酸乳液与水性异氰酸酯交联剂进行交联固化，所制得的水性涂料具有干燥快、强度高、硬度高、附着力强等特点；且具有耐水、耐热、抗老化等方面优良性能，尤其是具有突出的阻燃性，不仅对基材起到保护作用，更能通过阻止、延缓火灾的发生，提高产品使用的安全级别。
本发明所制备的水性涂料具有较好的耐水性、抗老化性和阻燃性，涂膜表面加水168小时无任何变化；抗老化性500小时微泛黄，不起皮；采用喷枪对涂层表面燃烧，漆膜不起泡，不发火，具有优异的阻燃性。
本发明制备的水性涂料，具有良好的储存稳定性，使用简单方便，直接将A组分和B组分按比例混合使用即可。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解，有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围，同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品，未详细提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种基于无机杂化的水性涂料，由A组分和B组分制备而成，其中：A组分按重量份计为：无机杂化丙烯酸乳液98份，消泡剂0.05份、杀菌剂0.02份、防霉剂0.03份、流平剂0.03份、水1.87份，B组分为水性异氰酸酯，A组分和B组分的质量比为100：5。
其中：无机杂化丙烯酸乳液的硅酸盐含量为43wt％，羟值为22mg/g，pH值为7.9，25℃粘度为8.2s，玻璃化温度为58℃，最低成膜温度为不高于10℃，粒径为100-200nm。
上述制备原料分别具体选自以下原料：
无机杂化丙烯酸乳液：四川南乔树脂化工有限公司的M-1638；
水性异氰酸酯：武汉仕全兴水性新材料有限公司的S-205；
防霉剂：南通博大生化有限公司的MS-6；
杀菌剂：巴斯夫公司的BIT20；
流平剂：迪高公司的245；
消泡剂：德固赛公司的2290。
一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂、防霉剂和水依次加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得本实施例的水性涂料。
实施例2
一种基于无机杂化的水性涂料，由A组分和B组分制备而成，其中：A组分按重量份计为：无机杂化丙烯酸乳液90份，消泡剂0.1份、杀菌剂0.05份、防霉剂0.1份、流平剂0.1份、水9.65份，B组分为水性异氰酸酯，A组分和B组分的质量比为100：8。
其中：无机杂化丙烯酸乳液的硅酸盐含量为10wt％，羟值为37mg/g，pH值为7，25℃粘度为50s，玻璃化温度为65℃，最低成膜温度为不高于25℃，粒径为150-250nm。
上述制备原料分别具体选自以下原料：
无机杂化丙烯酸乳液：四川南乔树脂化工有限公司的M-1831；
水性异氰酸酯：广州也乐新材料制造有限公司的6500；
防霉剂：南通博大生化有限公司的MS-6；
杀菌剂：巴斯夫公司的BIT20；
流平剂：迪高公司的245；
消泡剂：德固赛公司的2290。
一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂和防霉剂依次加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得本实施例的水性涂料。
实施例3
一种基于无机杂化的水性涂料，由A组分和B组分制备而成，其中：A组分按重量份计为：无机杂化丙烯酸乳液85份，消泡剂0.1份、杀菌剂0.05份、防霉剂0.1份、流平剂0.1份、水14.65份，B组分为水性异氰酸酯，A组分和B组分的质量比为100：10。
其中：无机杂化丙烯酸乳液的硅酸盐含量为5wt％，羟值为30mg/g，pH值为7.5，25℃粘度为50s，玻璃化温度为69℃，最低成膜温度为不高于33℃，平均粒径为150-250nm。
上述制备原料分别具体选自以下原料：
无机杂化丙烯酸乳液：四川南乔树脂化工有限公司的M-1931A；
水性异氰酸酯：广州也乐新材料制造有限公司的6800；
防霉剂：南通博大生化有限公司的MS-6；
杀菌剂：巴斯夫公司的BIT20；
流平剂：迪高公司的245；
消泡剂：德固赛公司的2290。
一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂和防霉剂依次加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得本实施例的水性涂料。
实施例4
一种基于无机杂化的水性涂料，由A组分和B组分制备而成，其中：A组分按重量份计为：无机杂化丙烯酸乳液80份，消泡剂0.05份、杀菌剂0.02份、防霉剂0.03份、流平剂0.03份，水19.87份，B组分为水性异氰酸酯，A组分和B组分的质量比为100：10。
其中：无机杂化丙烯酸乳液的硅酸盐含量为47wt％，羟值为22mg/g，pH值为9，25℃粘度为18s，玻璃化温度为58℃，最低成膜温度为不低于10℃，粒径为100-200nm。
上述制备原料分别具体选自以下原料：
无机杂化丙烯酸乳液：四川南乔树脂化工有限公司的M-1638；
水性异氰酸酯：广州也乐新材料制造有限公司的6800；
防霉剂：南通博大生化有限公司的MS-6；
杀菌剂：巴斯夫公司的BIT20；
流平剂：迪高公司的245；
消泡剂：德固赛公司的2290。
一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂、防霉剂和水依次加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得本实施例的水性涂料。
实施例5
实施例5与实施例1的区别仅在于：实施例5的水性涂料中A组分与B组分的质量比为100：15，各原料的组分、原料的选择以及水性涂料的制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种基于无机杂化的水性涂料，由单一A组分制备而成，其中：A组分按重量份计为：无机杂化丙烯酸乳液98份，消泡剂0.03份、杀菌剂0.02份、防霉剂0.03份、流平剂0.03份，水1.87份。
其中：无机杂化丙烯酸乳液的硅酸盐含量为43wt％，羟值为22mg/g，pH值为7.9，25℃粘度为8.2s，玻璃化温度为58℃，最低成膜温度为不高于10℃，粒径为100-200nm。
上述制备原料分别具体选自以下原料：
无机杂化丙烯酸乳液：四川南乔树脂化工有限公司的M-1638；
防霉剂：南通博大生化有限公司的MS-6；
杀菌剂：巴斯夫公司的BIT20；
流平剂：迪高公司的245；
消泡剂：德固赛公司的2290。
一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
在搅拌的条件下，将流平剂、消泡剂、杀菌剂、防霉剂和水加入无机杂化丙烯酸乳液中，分散均匀，得A组分；
对比例1与实施例1的区别仅在于：对比例1的水性涂料为单一A组分，其他原料的组分、原料选择以及A组分的制备方法均与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于：对比例2的水性涂料采用市售的丙烯酸乳液替代实施例1中的无机杂化丙烯酸乳液，其他原料的组分、原料选择以及水性涂料的制备方法均与实施例1相同。
性能测试
将实施例1-5及对比例1-2所制得的水性涂料，以每方米120克的量，施涂于松木板的表面，经室温下干燥3天后，测试各样板的耐水性、抗老化性和阻燃剂。其中：按GB/T1733-1993标准测试漆膜的耐水性；按GB/T10125-2009标准测试漆膜的抗老化性；按GB/T1735-1989标准测试漆膜的耐热性；阻燃性则采用喷枪对淋膜进行燃烧的方式方法，观察淋膜的变化情况，各测试结果如表1所示。
表1：实施例1-5及对比例1-2的测试结果对比表
由表1的测试结果可知，本发明实施例1-5制得的水性涂料，均具有良好的耐水性、抗老化性、耐热性和阻燃性，而采用单一A组分的对比例1及采用市售未经无机杂化的丙烯酸乳液的对比例2，其涂膜的耐水性、抗老化性、耐热性和阻燃性均不佳，
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述水性涂料由A组分和B组分制备而成，其中，所述A组分包括无机杂化丙烯酸乳液，所述B组分包括水性异氰酸酯；所述无机杂化丙烯酸乳液采用的无机杂化原料为硅酸盐。
2.根据权利要求1所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述无机杂化丙烯酸乳液中硅酸盐的含量为3-60wt％。
3.根据权利要求1或2所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述无机杂化丙烯酸乳液的羟值为20-38mg/g。
4.根据权利要求1所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述A组分和所述B组分的质量比为100:(5-15)。
5.根据权利要求1所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述A组分还包括消泡剂、杀菌剂、防霉剂、流平剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，按重量份计，所述A组分包括：无机杂化丙烯酸乳液80-98份，消泡剂0.05-0.5份、杀菌剂0.01-0.05份、防霉剂0.01-0.1份、流平剂0.01-0.1份。
7.根据权利要求1所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述无机杂化丙烯酸乳液选自四川南乔树脂化工有限公司的M1831A、四川南乔树脂化工有限公司的M1638、四川南乔树脂化工有限公司的M1931A中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的基于无机杂化的水性涂料，其特征在于，所述水性异氰酸酯选自武汉仕全兴水性新材料有限公司的S-205，广州也乐新材料制造有限公司的6500、广州也乐新材料制造有限公司的6800中的至少一种。
9.一种基于无机杂化的水性涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1至8任意一项所述的水性涂料，包括以下步骤：
(1)在搅拌的条件下，将A组分的各原料依次加入，进行混合分散，得所述A组分；
(2)将B组分与步骤(1)制得的A组分按照质量比混合，得所述水性涂料。
10.一种涂层，其特征在于，所述涂层由权利要求1至8任意一项所述的基于无机杂化的水性涂料制成。
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