CN115141532B - 一种低voc安全环保水性漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低VOC安全环保水性漆及其制备方法，水性漆原料包括：水性环氧乳液、颜填料、醇酯十二、分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、水；分散剂包括脂肪酸聚乙二醇酯、聚氧乙烯以及酯基季铵盐和/或木质素磺酸钠；流平剂包括聚二甲基硅氧烷和/或烯丙基羟乙基醚；增稠剂包括水性聚氨酯增稠剂和/或丙二醇藻蛋白酸酯。制备方法为：步骤1，将水性环氧乳液、分散剂和90%的水一起搅拌均匀，再投入颜填料搅拌均匀，得到基料；步骤2，将基料研磨至细度≤45um；步骤3，搅拌基料,在搅拌中将剩余的水、醇酯十二、流平剂、消泡剂缓慢加入，最后加入增稠剂调节粘度，得到低VOC安全环保水性漆。本申请具有提升水性漆的附着力的效果。

Description

一种低VOC安全环保水性漆及其制备方法

技术领域

本申请涉及水性漆技术领域，尤其是涉及一种低VOC安全环保水性漆及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和生活品位的提升，对家装涂料的要求也越来越高，在保证产品质量的同时，环保是大多人首要考虑的因素。水性漆以水作为溶剂，VOC含量低，对人体无害，不污染环境，水性漆的漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好并且具有耐水、耐磨、耐老化、耐黄变、干燥快、使用方便等特点，水性漆的安全环保性使其逐渐成为涂料领域发展的方向。

水性漆可用于多个领域，尤其是在家居等木器刷漆时，水性木器漆的环保绿色性能得到消费者的青睐，但是在水性木器漆的使用过程中发现，在适度高的空气中水性木器漆施工后,漆膜经过少许外力或未经外力呈现涂膜脱落的现象。

针对上述相关技术问题，发明人认为现有的水性漆存在附着力较差的的缺陷。

发明内容

为了提升水性漆的附着力，本申请提供一种低VOC安全环保水性漆及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种低VOC安全环保水性漆采用如下的技术方案：

一种低VOC安全环保水性漆，包括以下质量百分比的原料：

水性环氧乳液35-45份；

颜填料44-54份；

醇酯十二1-份；

分散剂0.5-0.7份；

流平剂0.1-0.15份；

消泡剂0.1-0.2份；

增稠剂1-1.2份；

水6-7份；

所述分散剂中包括脂肪酸聚乙二醇酯、聚氧乙烯以及酯基季铵盐和/或木质素磺酸钠；所述流平剂包括聚二甲基硅氧烷和/或烯丙基羟乙基醚；所述增稠剂包括水性聚氨酯增稠剂或丙二醇藻蛋白酸酯。

水性漆漆膜的附着力一方面受到水性漆中高聚物分子结构的极性基与基材极性基的互相吸引的影响，漆膜与基材表面任何一方的极性基减少，都会造成漆膜的附着力降低；另一方面受到水性漆对基材的润湿性的影响，提升涂料的润湿铺展性，有助于提高涂料对基材的附着力。

本申请通过采用上述技术方案，醇酯十二与水性环氧乳液的相容性较好，能够很容易掺入乳液中且不影响涂料的稳定性，醇酯十二具有良好的成膜性；醇酯十二能与含有聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚的流平剂协同作用，提升漆膜表面的平滑性；分散剂能使颜填料在涂料中分散均匀，使得漆膜的稳定性进一步提升；本申请中通过分散剂、增稠剂和流平剂三者的组合配比进一步实现对水性漆粘度和流动性的调节，不仅使得固化后的水性漆漆膜具有较好的耐磨、耐老化、耐黄变、抗粘连等优点，而且能够降低漆膜中高分子聚合物的内聚力，改变漆膜的表面张力和渗透性，使水性漆可以更好的润湿基材，并增强漆膜中的极性基与基材表面极性基的吸附，从而使得水性漆漆膜具有较好的附着力。

优选的，所述增稠剂、分散剂和流平剂三者之间的质量比为2.4:1.3:0.3。

通过采用上述技术方案，本申请中制得水性漆的性能受到增稠剂、分散剂和流平剂等助剂的影响，分散剂中肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠等组分使得分散剂加入水性漆中不仅具有分散颜填料的作用，还能对水性漆的润湿性和流动性实现调整；增稠剂则对于水性漆的粘度和稳定性具有重要的影响，流平剂有助于提升漆膜表面平滑性；三者在水性漆中相互牵制影响，当三者的配比在特定的比例下时，三者特定的组合配比使得水性漆处于一种平衡状态，进而使得水性漆具有适宜的施工粘度和延展度，制得的水性漆各方面性能均衡稳定。

优选的，所述分散剂中脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者的质量比为1:0.7:0.5:1。

通过采用上述技术方案，分散剂中脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠之间的相互配合，一方面可以对填料和颜料等进行协助分散作用，减少颜填料的沉降，配合增稠剂提升漆膜的稳定性；另一方面在漆膜润湿基材的过程中辅助漆膜渗入基材中，待漆膜固化后增强漆膜与基材表面的粘结性，提高漆膜的附着力；木质基材的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素，它们均是有机化合物，含有极性官能团，位于基材表面的分子有极性和表面自由能，当基材表面与水性漆相接触时，能够彼此吸引相互结合，而本申请分散剂中各组分的加入还能够增强漆膜中的极性基与基材表面极性基之间的吸附反应，进而使得漆膜的附着力显著提升。

优选的，所述流平剂中聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚的质量比为0.8:1.3。

通过采用上述技术方案，流平性是涂料在特定表面扩散的能力，水性木器漆漆膜的表面缺陷通常就是由表面张力的不均衡性引起的。本申请流平剂中聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚按照特定质量比复配，一方面能够与漆膜中的成膜助剂醇酯十二配合，提升漆膜成膜速率和成膜后漆膜的性质，使得漆膜表面平滑，光泽度较好；另一方面还能与分散剂配合，改善水性漆涂刷时的表面张力，进而提升漆膜对基材的润湿性，提升漆膜的附着力。

优选的，所述增稠剂选用丙二醇藻蛋白酸酯。

通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素和丙二醇藻蛋白酸酯加入水性漆中均具有良好的增稠效果，有助于提升水性漆各组分之间的粘结力；而丙二醇藻蛋白酸酯的使用与水性漆基料中其他组分的相容性更好，能够与本申请特定的分散剂、流平剂实现更好的配合协同效果，进而使得制得水性漆的稳定性和附着力更为突出，还提升了漆膜的抗粘连性和表面硬度。

优选的，所述消泡剂为聚醚消泡剂。

通过采用上述技术方案，聚醚消泡剂属非离子表面活性剂，具有优异的消泡、抑泡功能，聚醚消泡剂能够提升本申请中各组分之间的相容性，进而降低水性漆在施工过程和固化过程中的气泡率。

优选的，所述颜填料中包括质量比为3:1:0.8:1.2的颜料、滑石粉、硫酸钡和硅藻土。

通过采用上述技术方案，颜料起到对漆膜的增色遮盖作用；滑石粉作为填充料使用，层状结构的滑石粉可均匀的成层叠状分散在树脂中，与树脂有较好的相容性和力学性能的互补性，有助于提升漆膜的硬度、耐磨性和耐老化性能；硫酸钡具有凝聚力低、光分散性低、颗粒精度高的特点，可以提高漆膜的耐磨性、耐水性、耐酸碱性、外观硬度和耐冲击性等性能；细度在120目至1200目范围内的硅藻土加入能使漆膜平滑，漆膜强度好、耐磨性好，还能减少因水分散失而引起的漆膜伸缩；本申请中通过颜填料中组分之间的合理配比有助于提升水性漆的稳定性，涂刷后的水性漆可以形成厚度均匀，表面平滑的漆膜，漆膜的性能良好。

第二方面，本申请提供的一种低VOC安全环保水性漆的制备方法采用如下的技术方案：

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，分散基料：将水性环氧乳液投入容器缸中，同时加入分散剂和配方中90％的水一起搅拌均匀，再将颜填料投入，搅拌均匀，得到基料；

步骤2，研磨：将基料研磨至细度≤45um；

步骤3，将已磨好的基料进行搅拌,在搅拌的过程将剩余的水、醇酯十二、流平剂、消泡剂缓慢加入，最后加入增稠剂调节粘度，得到低VOC安全环保水性漆。

通过采用上述技术方案，先加入溶剂水和分散剂，有助于基料中的颜填料均匀分散，减少团聚，而步骤1中只加入90％的水则是能够减少由于基料太稀对后续研磨细度造成的影响，进而有助于提升后续研磨的工作效率；后加入流平剂和消泡剂有助于减少搅拌研磨过程中产生的气泡等，使得基料组分更加均匀混合；最后加入增稠剂进行粘度调节，有助于对水性漆的粘稠度进行准确的把控。通过上述方法制得的水性漆具有较为稳定的性能，涂刷在木器上能够与基材紧密附着，固化后漆膜表面防护性较好，漆膜持久耐用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请水性漆中醇酯十二与水性环氧乳液的相容性较好，具有良好的成膜性；醇酯十二能与流平剂协同作用，提升漆膜表面的平滑性；分散剂能使颜填料在涂料中分散均匀，增稠剂能对水性漆粘度进行调节；本申请中通过分散剂、增稠剂和流平剂三者特定的组合配比，不仅使固化后的水性漆漆膜具有较好的耐磨、耐老化、耐黄变、抗粘连等优点，而且能够改善漆膜的表面张力和渗透性，水性漆可以更好的润湿底材，并增强漆膜中的极性基与木器表面极性基的吸附，从而使得水性漆漆膜具有较好的附着力；

2.本申请中分散剂不仅具有分散颜填料的作用，还能对水性漆的润湿性和流动性实现调整；增稠剂则对于水性漆的粘度和稳定性具有重要的影响，流平剂有助于提升漆膜表面平滑性；三者相互影响制约，使制得的水性漆具有适宜的施工粘度和延展度，漆膜与基材表面的结合稳定，漆膜性能较好；

3.分散剂中脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠之间的相互配合，一方面可以对填料和颜料等进行协助分散作用，减少颜填料的沉降，配合增稠剂提升漆膜的稳定性；另一方面在漆膜润湿基材的过程中辅助漆膜对基材的润湿和渗透，加深漆膜与基材的连接紧密性；分散剂中各组分的加入还能够增强漆膜中的极性基与基材表面极性基之间的吸附反应，进而使得漆膜的附着力显著提升。

具体实施方式

以下结合本申请实施例和对比例进行阐述，本申请制备例、实施例和对比例中部分原料来源如下：

氧化聚乙烯蜡乳液为德国巴斯夫Poligen WE6乳化蜡、脂肪酸聚乙二醇酯的型号为PEG400MO、酯基季铵盐型号为TEP 88、硅藻土为120目-1200目、水性聚氨酯增稠剂为奥纳非离子缔合型聚氨酯增稠剂F620、丙二醇藻蛋白酸酯酯化度≥75.0％。

制备例

制备例1

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g脂肪酸聚乙二醇酯、10g氧化聚乙烯蜡乳液、10g酯基季铵盐和70g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂。

制备例2

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g脂肪酸聚乙二醇酯、10g氧化聚乙烯蜡乳液、10g木质素磺酸钠和70g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂。

制备例3

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g脂肪酸聚乙二醇酯、10g氧化聚乙烯蜡乳液、10g酯基季铵盐、10g木质素磺酸钠和60g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂,其中，脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者的质量比为1:1:1:1。

制备例4

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g脂肪酸聚乙二醇酯、7g氧化聚乙烯蜡乳液、5g酯基季铵盐、10g木质素磺酸钠和78g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂,其中，脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者的质量比为1:0.7:0.5:1。

制备例5

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g脂肪酸聚乙二醇酯、10g木质素磺酸钠和80g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂。

制备例6

本制备例公开一种分散剂的制备方法，具体包括：将10g氧化聚乙烯蜡乳液、10g酯基季铵盐和80g水加入搅拌锅中混合，在转速100r/min下搅拌5min，得到分散剂。

实施例

实施例1-6

实施例1-6公开一种低VOC安全环保水性漆，其原料包括：水性环氧乳液35-45份；颜填料44-54份；醇酯十二1-3份；分散剂0.5-0.7份；流平剂0.1-0.15份；消泡剂0.1-0.2份；增稠剂1-1.2份；水6-7份。

实施例1-6还公开一种上述低VOC安全环保水性漆的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，分散基料：将水性环氧乳液投入容器缸中，上机500r/min的速度搅拌，同时加入分散剂和配方中90％的水一起搅拌均匀，再将颜填料投入，搅拌20min，得到基料；

步骤2，研磨：将基料投入研磨机中，在1055r/min的转速下进行研磨，研磨两遍，研磨至细度≤45um；

步骤3，将已磨好的基料上机500r/min的速度搅拌,在搅拌的过程将剩余的水、醇酯十二、流平剂、消泡剂缓慢加入，最后加入增稠剂调节粘度，调节粘度值为3000CP-5000CP，得到低VOC安全环保水性漆。

实施例1-6的各原料组分用量(单位：g)详见表1。

表1

实施例7

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，与实施例6的不同之处在于：步骤3中流平剂选用57.1g聚二甲基硅氧烷和92.9g烯丙基羟乙基醚，即聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚的质量比为0.8:1.3。

对比例

对比例1-2

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，与实施例4的不同之处在于：步骤1中分散剂分别对应选用制备例5-6制得的分散剂。

对比例3

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，与实施例4的不同之处在于：步骤1中分散剂选用Anjeka6272高分子聚合物分散剂。

对比例4

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，与实施例4的不同之处在于：步骤2中流平剂选用赢创迪高Dynol 980水性润湿流平剂。

对比例5

一种低VOC安全环保水性漆的制备方法，与实施例4的不同之处在于：步骤2中增稠剂选用法国高泰Coatex-Thixol 53L增稠剂。

性能检测试验

试验1.将本申请实施例1-7和对比例1-5制得的水性漆与脂肪胺类环氧固化剂按照质量比为10：1进行混合，混合均匀后喷涂在标准试板上，(使用木质基材时采用含水率为8％-10％的榉木板作为基材，对基材进行100目砂磨清洁处理，制成标准试板)，控制漆膜厚度在200μm；漆膜完全固化后进行常规性能检测试验，各性能检测试验依据的标准如下：

GB/T2396-2009《色漆和清漆挥发性有机化合物(VOC)含量的测定气相色谱法》；

GB/T6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》；

GB.T5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》；

GB/T1733-1993《漆膜耐水性测定法》；

GB/T23982-2009《木器涂料抗粘连性测定法》；

GB/T23983-2009《木器涂料耐黄变性测定法》；

GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》；按照ISO4628-1～5：2003的评判标准评判，主要记录起泡情况；

GB/T9265-2009《建筑涂料涂层耐碱性的测定》；

GB/T9756-2001《合成树脂乳液内墙涂料低温稳定性》。

试验2.润湿性试验：滴2μl测试液(实施例1-7和对比例1-5制得的水性漆)在基材板表面，测试测试液的接触角。通常，润湿性的高低以液滴在木材表面上形成的接触角(θ)的大小表征。当θ＜90°时，液体在木材表面上形成扁平状，表示这种液体能部分润湿木材；当θ＝0°时，表示液体能全部润湿木材；当θ＞90°时，液体在木材表面上形成滚珠状，表示液体不能润湿木材。

试验1、2中采用同一种市售水性木器漆作为对照例，一起进行性能检测，试验1、2的各项性能检测试验的具体检测数据详见表2-表4。

表2

表3

表4

根据表2中实施例1-3和对照例的性能检测数据可得，本申请实施例1-3制得的水性漆的VOC含量为55-65g/L，优于国家标准的120g/L，本申请制得的水性漆安全环保；水漆膜硬度达到了1H，漆膜硬度较好；本申请实施例1-3制得的水性漆与基材的接触角在55°左右，而对照例中水性漆与基材的接触角在86.2°，说明本申请制得的水性漆相较于对照例的水性漆对基材的润湿性更好；拉开法附着力试验中本申请实施例1-3制得的漆膜能够承受18MPa左右的拉力，近乎对照例漆膜附着力的3倍，也反映出本申请制得漆膜的附着力优异，且漆膜耐盐雾性、抗粘连性和耐黄变性测试中均呈现出较好的结果，耐水性、耐酸碱性以及低温稳定性都能稳定在较好的状态，符合水性木器漆的标准，品质较好。

表3中实施例4-7在实施例3的基础上对水性漆中各组分进行了调整，实施例4、5制得的水性漆中增稠剂、分散剂和流平剂三者之间的质量比为2.4:1.3:0.3。在特定的配比下，实施例4、5制得水性漆相较于实施例3制得的水性漆显现出更好的对基材的润湿性附着力，抗粘连性也得到进一步提升，说明在本申请中增稠剂、分散剂和流平剂三者之间的配比对于制得漆膜的附着力和抗粘连性有着重要的影响。

实施例6在实施例4的基础上使用了制备例4制得的分散剂，实施例7在实施例6的基础上进一步限定了流平剂的组分配比，使得实施例6、7制得水性漆的漆膜对基材润湿性和附着力得到进一步的提升，实施例6、7中制得的水漆膜在增稠剂、分散剂和流平剂三者合适的质量比下进一步对增稠剂、分散剂和流平剂三者进行限定，即：增稠剂选用丙二醇藻蛋白酸酯、分散剂中脂肪酸聚乙二醇酯、聚氧乙烯、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者的质量比为1:0.7:0.5:1、流平剂中聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚的质量比为0.8:1.3；通过上述特定组分之间以特定比例的组合复配，进而得到了本申请中性能最优的水性漆。

对表3和表4中实施例4和对比例1-5的性能检测数据进行对比分析，对比例1、2中分别选用制备例5、6制得的分散剂，在其他条件不变的情况下，分散剂由脂肪酸聚乙二醇酯、聚氧乙烯、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者的组合搭配替换成脂肪酸聚乙二醇酯和木质素磺酸钠、氧化聚乙烯蜡乳液和酯基季铵盐二者的搭配，使得对比例1、2制得的水性漆相较于实施例4制得水性漆的硬度、附着力明显下降，水性漆与基材的接触角明显增大、耐盐雾性和抗粘连性下降，在低温下出现分层的现象，发明人分析：本申请特殊配置的分散剂加入基料中，分散剂中脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠之间能够相互配合，一方面可以对填料和颜料等进行协助分散作用，减少颜填料的沉降，配合增稠剂提升漆膜的稳定性；另一方面在漆膜润湿基材的过程中辅助漆膜渗入基材中，待漆膜固化后增强漆膜与基材表面的粘结性，提高漆膜的附着力；分散剂中各组分的加入还能够增强漆膜中的极性基与基材表面极性基之间的吸附反应，进而使得漆膜的附着力显著提升。当分散剂中的组分替换后，分散剂对颜填料的分散性下降，颜填料分散不均，进而出现了漆膜硬度下降、分层的问题；分散剂中组分之间难以产生较好的协同配合作用，进而影响了漆膜对基材的润湿性，使得漆膜附着力下降。

对比例3中将本申请的分散剂替换为市售分散剂、对比例4中将本申请的流平剂替换为市售流平剂、对比例5中将本申请的增稠剂替换为市售增稠剂，在本申请中本申请特定选择的分散剂、流平剂和增稠剂三者之间是有特殊的协同配合效果的，替换为市售的助剂，协同作用受到了影响，进而使对比例3-5制得水性漆的性能出现了整体性的下降，特别是漆膜对基材的润湿性和附着力明显下降，如此也反映出本申请水性漆中各组分之间的组合的整体性和独特性，不可替代。

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 (6)

1.一种低VOC安全环保水性漆，其特征在于：包括以下质量百分比的原料：

水性环氧乳液35-45份；

颜填料44-54份；

醇酯十二1-3份；

分散剂0.5-0.7份；

流平剂0.1-0.15份；

消泡剂0.1-0.2份；

增稠剂1-1.2份；

水6-7份；

所述分散剂是脂肪酸聚乙二醇酯、氧化聚乙烯蜡乳液、酯基季铵盐和木质素磺酸钠四者按照1:0.7:0.5:1的质量比复配而成；所述流平剂包括聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚；所述增稠剂包括水性聚氨酯增稠剂或丙二醇藻蛋白酸酯。

2.根据权利要求1所述的一种低VOC安全环保水性漆，其特征在于：所述增稠剂、分散剂和流平剂三者之间的质量比为2.4:1.3:0.3。

3.根据权利要求2所述的一种低VOC安全环保水性漆，其特征在于：所述流平剂中聚二甲基硅氧烷和烯丙基羟乙基醚的质量比为0.8:1.3。

4.根据权利要求1所述的一种低VOC安全环保水性漆，其特征在于：所述消泡剂为聚醚消泡剂。

5.根据权利要求1所述的一种低VOC安全环保水性漆，其特征在于：所述颜填料中包括质量比为3:1:0.8:1.2的颜料、滑石粉、硫酸钡和硅藻土。

6.一种如权利要求1-5任一所述的低VOC安全环保水性漆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，分散基料：将水性环氧乳液投入容器缸中，同时加入分散剂和配方中90%的水一起搅拌均匀，再将颜填料投入，搅拌均匀，得到基料；

步骤2，研磨：将基料研磨至细度≤45um；

步骤3，将已磨好的基料进行搅拌,在搅拌的过程将剩余的水、醇酯十二、流平剂、消泡剂缓慢加入，最后加入增稠剂调节粘度，得到低VOC安全环保水性漆。