CN115491115A

CN115491115A - 一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆

Info

Publication number: CN115491115A
Application number: CN202211255491.5A
Authority: CN
Inventors: 徐芬; 陈寿生
Original assignee: Shanghai Zhanchen Paint Co ltd
Current assignee: Shanghai Zhanchen Paint Co ltd
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2022-12-20

Abstract

本发明的一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由质量比为100：（10～20）：（5～10）的主剂、固化剂和水组成；主剂包括：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：30%～60%，分散剂：1%～3%，钛白粉：10%～30%，成膜助剂：2%～6%；消泡剂：0.3%～0.6%，流平剂：0.1%～0.2%，增稠剂：0.2%～1%，手感助剂：5%～8%，水：0%～15%；固化剂包括：HDI水可分散异氰酸酯：60.0%～100%，丙二醇甲醚醋酸酯：0%～40.0%。本发明的水性双组分石墨烯实色漆具有极好的静电吸附性，漆膜连续性好，不麻面，手感爽滑，耐水及耐酸碱性能得到很大提升。

Description

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆

技术领域

本发明属于水性木器漆技术领域，具体涉及一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆。

背景技术

随着人们环保意识的提升、国家相关政策出台，水性漆已日渐替代传统的溶剂型涂料，逐渐应用于家具涂装领域，且高额的人工成本、管理成本等，直接导致传统人工喷涂无法满足市场需求。水性漆静电涂装由于其效率高、省人工、省物料等优点，急需深入开发产品。

静电喷涂是指利用电晕放电原理使雾化涂料在高压直流电场作用下荷负电，并吸附于荷正电基底表面放电的涂装方法。其施工环境和劳动条件好，无需人工直接接触涂料；相比传统人工喷涂，涂料利用率可提升30％以上；涂饰质量好，被涂工件上漆均匀，涂装无死角(除特殊造型外)；涂饰效率高，可实现整装线上一次完成上漆。

水性漆静电喷涂的效果不仅取决于静电喷涂设备，还取决于所使用的涂料品种是否符合静电涂装的要求。一般情况下，要求涂料的电阻值在50MΩ·cm以下比较适宜。由于其体系特殊性，几乎属于纯导体，这种状态下，会直接影响静电设备电势差，进而影响涂装效果。电阻值越低，电荷吸附效应越好。目前水性静电喷涂存在的问题是由于水表面张力过高，涂布量不足，漆膜吸附不好的情况下板面容易出现麻面、润湿不良的情况，影响整体效果和手感。如果能通过降低电阻来提高电荷吸附效果，使漆雾均匀包覆，有利于提高漆膜的表面效果。

因石墨烯具有高长径比、优异的疏水、导电、导热和化学稳定性能，以及作为碳质固体材料(一维碳纳米管、零维富勒烯C60、三维石墨)的基本结构单元，石墨烯的防腐性能及石墨烯基复合涂层材料的发展成为涂层防护领域的研究热点。石墨烯材料所具有的高导电性、抗菌防霉性、抗紫外性、耐磨耐刮等特性，有利于制备高性能的静电涂装涂料。作为石墨烯的衍生物——氧化石墨烯，不仅与石墨烯的结构相似，而且保留了石墨烯优异的性能，并且因其表面含有羟基、羧基、环氧基等官能团，为氧化石墨烯的化学改性提供了条件。已有众多科研工作者研究氧化石墨烯的改性，并将改性的氧化石墨烯应用在涂料中，制备出具有特殊功能的涂膜。有文献采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性氧化石墨烯表面的羟基，然后还原氧化石墨烯表面的羧基和环氧基，最后将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和丙烯酸羟乙酯(HEA)反应后的另一个异氰酸根与接枝在氧化石墨烯表面的APTES上的硅羟基反应，通过多步共价键对氧化石墨烯改性，成功制备了丙烯酰基官能化石墨烯，并利用紫外线固化技术将修饰的氧化石墨烯片共价引入到环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)基体中，制成AESO/丙烯酰基官能化石墨烯纳米复合涂层。还有文献把改性后的氧化石墨烯与丙烯酸树脂制成纳米复合涂料和纯的丙烯酸树脂涂料分别涂覆在马口铁上，前者与后者相比耐水性和耐酸碱性都有了很大的提高。

然而，在水性木器漆这个涂料细分领域，目前还没有一种使用石墨烯制作而成木器用水性双组分实色漆的先例。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，用于木制品的水性静电涂装，降低电阻，提高电荷吸附，提高上漆量和均匀包覆性，提升漆膜表面效果及性能。

为达到以上功能和效果，本发明的技术方案如下：

本发明的一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，由质量比为100：(10～20)：(5～10)的主剂、固化剂和水组成；

(1)所述主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：30％～60％，分散剂：1％～3％，钛白粉：10％～30％，成膜助剂：2％～6％；消泡剂：0.3％～0.6％，流平剂：0.1％～0.2％，增稠剂：0.2％～1％，手感助剂：5％～8％，水：0％～15％；

所述水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体为采用原子转移自由基聚合法改性氧化石墨烯粉末，制备出具有水可分散的含碳碳双键的石墨烯基单体，然后将丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸羟乙酯和氧化石墨烯基单体通过高内相乳液聚合模型法，制得的含羟基聚丙烯酸酯二级分散体；由于通过表面引发原子转移自由基聚合(Surface-initiated atomtransferradical polymerization，SI-ATRP)的方法，在氧化石墨烯表面接枝引入分子刷，提高了水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体的导电性、分散性和乳化性，使其更容易分散用于水性涂料中；例如可采用文献【杨隽阁，高成乾，李博鑫.改性氧化石墨烯稳定Pickering乳液法制备高导热相变整体材料[J].高等学校化学学报，2022,43(2):1-8】中制备相变复合材料的方法；可采用展辰新材料有限公司生产的S5599牌号的产品，固含量39％～42％，粘度≤500cps/25℃，羟基含量2.2％～2.7％，电阻值：≤1MΩ；

所述分散剂为含有颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液(例如毕克化学公司的BYK190、BYK192)，或者阴离子润湿分散剂(例如赢创公司牌号为Tego 755W、Tego 752W)中的至少一种；

所述钛白粉为金红石型导电钛白粉，例如杜邦公司的R706、R960；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚(DPNB)、二丙二醇甲醚(DPM)、乙二醇丁醚(BCS)中的至少一种；

所述消泡剂为用聚醚或氟改性的有机硅表面活性剂中的一种以上，可采用毕克化学公司牌号为BYK022的破泡聚硅氧烷溶液；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，例如毕克化学公司的BYK333；所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、疏水改性非聚氨酯增稠剂的一种或多种，例如明凌公司牌号为PUR40的聚氨酯增稠剂；所述手感助剂为高密度聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、有机硅化合物中的至少一种，可采用毕克公司牌号为BYK 539的产品；

(2)所述固化剂包括以下质量分数的原料：HDI水可分散异氰酸酯：60.0％～100％，丙二醇甲醚醋酸酯：0％～40.0％；

所述HDI水可分散异氰酸酯为科思创公司生产的牌号为XP2655的异氰酸酯，或者采用美国专利文献US 20040034162A1公开的方法制备。

本发明的一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆的制备方法，其特征在于，(1)将所述水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体加入备料缸中，以600～800r/min的速率分散下加入所述分散剂、流平剂、消泡剂和钛白粉，以800～1200r/min的速率分散至刮板无缩孔、细度≤30μm；再在600～800r/min的速率下加入所述成膜助剂和所述水的混合物，继续分散10～20min；然后加入大部分所述增稠剂，以1000～2000r/min的速率分散至细度≤30μm无油缩；最后以800～1500r/min的速率下加入所述手感助剂和余下的水，用余下的增稠剂调整粘度，分散至细度≤30μm无油缩，得到所述主剂；(2)将所述固化剂按照原料比例混合并搅拌均匀；(3)先将所述主剂与固化剂混合搅拌均匀，添加所述水调整粘度后即可施工。

本发明的一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆的施工方法为静电旋碟或旋杯涂装。

本发明上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

本发明使用导电性强电阻值低的水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体等材料制成用于静电涂装水性双组分石墨烯实色漆：(1)漆液电阻在0.1MΩ及以下，很好的解决了导电性及吸附性的问题，漆膜连续性好，流平好，不麻面，效果饱满，物料利用率提高30％；(2)漆膜具有极好的静电吸附性，手感爽滑，硬度、耐水性、耐酸碱性和耐磨性能得到提高；(3)易于施工，适用多种喷涂方式，特别适合静电喷涂。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

本实施例中的原料均为市售产品：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体为上海展辰涂料有限公司的S5599，分散剂为毕克化学公司的BYK190、BYK192、赢创公司的Tego 755W、Tego 752W，钛白粉为杜邦公司的R706、R960，成膜助剂为怡达或天音的DPNB、DPM、乙二醇丁醚(BCS)，消泡剂为毕克化学公司的BYK022，流平剂为毕克化学公司的BYK333，增稠剂为明凌公司牌号为PUR40，手感助剂为毕克化学公司的BYK539，水为去离子水；HDI水可分散异氰酸酯为科思创公司的XP2655；丙二醇甲醚醋酸酯为天音、陶氏或怡达的R4102。

实施例1

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由主剂、固化剂和水组成，(1)主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：80％，分散剂：2％，钛白粉：10％，成膜助剂：4％，消泡剂：0.6％，流平剂：0.2％，增稠剂：0.8％，手感助剂：2.4％；

主剂的制备过程为：向洁净的备料缸中投入水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体S5599，在600r/min的速率分散下依次加入分散剂Tego 755W和BYK190、流平剂BYK333、消泡剂BYK022和钛白粉R706，以800r/min的速率分散18min至刮板无缩孔、细度在30μm以下；再在600r/min的速率下加入水和DPNB混合物，继续分散20min；再投入大部分增稠剂PUR40，以1500r/min的速率分散15min至细度≤30μm无油缩；最后在800r/min的速率下加入手感助剂BYK539和余下的水，用余下的增稠剂PUR40调整粘度，继续分散15min至细度≤30μm无油缩，得到主剂；

(2)固化剂包括以下质量分数的原料：HDI水可分散异氰酸酯XP2655：80％，丙二醇甲醚醋酸酯R4102：20％。

使用时，将上述主剂、固化剂和去离子水按照质量比＝100:25:15备料，先将主剂与固化剂混合搅拌均匀后，添加去离子水调整粘度后施工，施工方式：静电旋碟喷涂。

实施例2

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由主剂、固化剂和水组成，(1)主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：60％，分散剂：2％，钛白粉：15％，成膜助剂：4％，消泡剂：0.6％，流平剂：0.2％，增稠剂：0.8％，手感助剂：5％，水：12.4％；

使用时，将上述主剂、固化剂和去离子水按照质量比＝100:20:5备料，先将主剂与固化剂混合搅拌均匀后，添加去离子水调整粘度后施工，施工方式：静电旋碟喷涂。

实施例3

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由主剂、固化剂和水组成，(1)主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：55％，分散剂：2％，钛白粉：25％，成膜助剂：4％，消泡剂：0.6％，流平剂：0.2％，增稠剂：0.6％，手感助剂：5％，水：7.6％；

主剂的制备过程为：向洁净的备料缸中投入水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体S5599，在600r/min的速率分散下依次加入分散剂BYK190、流平剂BYK333、消泡剂BYK022和钛白粉R706，以800r/min的速率分散20min至刮板无缩孔、细度在30μm以下；再在600r/min的速率下加入水和DPNB、DPM混合物，继续分散15min；再投入大部分增稠剂PUR40，以1500r/min的速率分散15min至细度≤30μm无油缩；最后在800r/min的速率下加入手感助剂BYK539和余下的水，用余下的增稠剂PUR40调整粘度，继续分散15min至细度≤30μm无油缩，得到主剂；

使用时，将上述主剂、固化剂和去离子水按照质量比＝100:15:10备料，先将主剂与固化剂混合搅拌均匀后，添加去离子水调整粘度后施工，施工方式：静电旋碟喷涂。

实施例4

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由主剂、固化剂和水组成，(1)主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：50％，分散剂：2.5％，钛白粉：25％，成膜助剂：4％，消泡剂：0.6％，流平剂：0.2％，增稠剂：0.5％，手感助剂：7％，水：10.2％；

主剂的制备过程为：向洁净的备料缸中投入水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体S5599，在700r/min的速率分散下依次加入分散剂Tego 755W和BYK190、流平剂BYK333、消泡剂BYK022和钛白粉R706，以1000r/min的速率分散15min至刮板无缩孔、细度在30μm以下；再在800r/min的速率下加入水和DPNB、DPM混合物，继续分散15min；再投入大部分增稠剂PUR40，以2000r/min的速率分散15min至细度≤30μm无油缩；最后在1000r/min的速率下加入手感助剂BYK539和余下的水，用余下的增稠剂PUR40调整粘度，继续分散15min至细度≤30μm无油缩，得到主剂；

(2)固化剂包括以下质量分数的原料：HDI水可分散异氰酸酯XP2655：100％，丙二醇甲醚醋酸酯R4102：0％。

使用时，将上述主剂、固化剂和去离子水按照质量比＝100:10:5备料，先将主剂与固化剂混合搅拌均匀后，添加去离子水调整粘度后施工，施工方式：静电旋碟喷涂。

实施例5

一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，由主剂、固化剂和水组成，(1)主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：20％，分散剂：2％，钛白粉：25％，成膜助剂：4％，消泡剂：0.6％，流平剂：0.2％，增稠剂：0.8％，手感助剂：2.4％，去离子水：45％；

使用时，将上述主剂、固化剂和去离子水按照质量比＝100:5:15备料，先将主剂与固化剂混合搅拌均匀后，添加去离子水调整粘度后施工，施工方式：静电旋碟喷涂。

将实施例1～5的水性双组分石墨烯实色漆进行静电喷涂得到漆膜，根据GB/T23999-2009《室内装饰装修用水性木器涂料》及GB 18581-2020《木器涂料中有害物质限量》进行检测，检测数据列于表1中。

表1实施例1～3的检测结果

本发明的独特之处在是采用了水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体，直接影响到成品的静电喷涂施工质量。由表1可知，水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体在30％～60％范围内添加量越高，其电阻值越低，导电性越好，漆膜更连续致密，硬度及表面效果越好。但实施例1表明，如果超出水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体的添加量太高，则电阻值降低不明显，由于钛白粉添加空间的减少，遮盖力降低，同时干速减缓，干膜过厚会影响干燥速度和表面干燥效果，可能会出现不干或开裂的现象，且成本上升，不利于应用。实施例5表明，如果水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体的添加量低于30％，则会导致乳液对钛白粉无包裹作用，漆膜干薄开裂，甚至不成膜或无漆膜，粘度过低稳定性变差，对家具涂装后起不到保护作用。

Claims

1.一种用于静电涂装的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，由质量比为100：（10～20）：（5～10）的主剂、固化剂和水组成；

（1）所述主剂包括以下质量分数的原料：水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体：30%～60%，分散剂：1%～3%，钛白粉：10%～30%，成膜助剂：2%～6%；消泡剂：0.3%～0.6%，流平剂：0.1%～0.2%，增稠剂：0.2%～1%，手感助剂：5%～8%，水：0%～15%；

（2）所述固化剂包括以下质量分数的原料：HDI水可分散异氰酸酯：60.0%～100%，丙二醇甲醚醋酸酯：0%～40.0%。

2.根据权利要求1所述的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体为采用原子转移自由基聚合法改性氧化石墨烯粉末，制备出具有水可分散的含碳碳双键的石墨烯基单体，然后将丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸羟乙酯和氧化石墨烯基单体通过高内相乳液聚合模型法，制得的含羟基聚丙烯酸酯二级分散体。

3.根据权利要求1所述的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，所述分散剂为含有颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液，或者阴离子润湿分散剂中的至少一种；所述钛白粉为金红石型导电钛白粉；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚（DPNB）、二丙二醇甲醚（DPM）、乙二醇丁醚（BCS）中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，所述消泡剂为用聚醚或氟改性的有机硅表面活性剂中的一种以上；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、疏水改性非聚氨酯增稠剂的一种或多种；所述手感助剂为高密度聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、有机硅化合物中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，所述HDI水可分散异氰酸酯为科思创公司生产的牌号为XP2655的异氰酸酯，或者采用美国专利文献US20040034162A1公开的方法制备。

6.根据权利要求1～5任一所述的水性双组分石墨烯实色漆的制备方法，其特征在于，（1）将所述水性羟基丙烯酸石墨烯复合分散体加入备料缸中，以600～800r/min的速率分散下加入所述分散剂、流平剂、消泡剂和钛白粉，以800～1200r/min的速率分散至刮板无缩孔、细度≤30μm；再在600～800r/min的速率下加入所述成膜助剂和所述水的混合物，继续分散10～20min；然后加入大部分所述增稠剂，以1000～2000r/min的速率分散至细度≤30μm无油缩；最后以800～1500r/min的速率下加入所述手感助剂和余下的水，用余下的增稠剂调整粘度，分散至细度≤30μm无油缩，得到所述主剂；（2）将所述固化剂按照原料比例混合并搅拌均匀；（3）先将所述主剂与固化剂混合搅拌均匀，添加所述水调整粘度后即可施工。

7.根据权利要求1～5任一所述的水性双组分石墨烯实色漆，其特征在于，施工方法为静电旋碟或旋杯涂装。