CN115572512A - 高耐磨塑胶球场用水性面漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于聚氨酯水性面漆技术领域，具体涉及高耐磨塑胶球场用水性面漆及其制备方法。所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，包括A组分和B组分，A组分包含以下原料：丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、水、高岭土、羟乙基纤维素、色浆、反应型有机硅、气相二氧化硅、分散剂、抗划伤剂、增稠剂、消泡剂、润湿剂、多功能胺助剂；所述B组分为亲水性脂肪族聚异氰酸酯和非离子型水性异氰酸酯的混合物。本发明通过采用硅烷改性丙烯酸乳液和聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液合理复配，同时引入反应型有机硅和气相二氧化硅，并在B组分中加入长活化期水性异氰酸酯固化剂，制备的水性面漆不仅具有优异的耐磨性能，而且具有良好的附着性和韧性，操作性能好。

Description

高耐磨塑胶球场用水性面漆及其制备方法

技术领域

本发明属于聚氨酯水性面漆技术领域，具体涉及高耐磨塑胶球场用水性面漆及其制备方法。

背景技术

水性面漆以水为稀释剂，属于绿色环保产品，具有可挥发性有机化合物含量低，对人体无害，施工简单的特点，广泛应用于篮球场、排球场、网球场、羽毛球场等场地面漆的铺设。但是在频繁使用过程中，面漆磨损、破皮、脱落等情况时有发生，耐磨强度不足问题严重影响了场地使用寿命。

专利CN111534171A中公开了一种塑胶跑道单组分水性面漆，其通过在水性面漆内加入一定量的水溶性石墨烯，赋予水性面漆较高的耐磨性，同时确保了原料中的石墨烯在单组分水性面漆内部分散均匀。虽然该方法能提高水性面漆的耐磨性，但是石墨烯以物理混合的方式加入水性面漆体系中，随着塑胶跑道使用时间的增加，石墨烯容易迁移到水性面漆表面，缩短塑胶跑道的使用寿命。

专利CN113845829A中公开了一种用于塑胶球场的自修复自清洁水性面漆，氟改性羟基丙烯酸乳液与含羟基聚氨酯乳液搭配，大小分子链的相互作用使得漆膜坚韧耐磨，附着力好，同时使得漆膜表现出优异的疏水性、耐油性、防污性，并且微胶囊自修复粒子的加入，实现了漆膜划痕的自动修复，延长了面漆的使用寿命。但是其研究重点在于赋予水性面漆自修复功能，其耐磨性仍需进一步提高。

因此，研究一种高耐磨水性面漆，延长塑胶球场的实际使用寿命，具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高耐磨塑胶球场用水性面漆，不仅具有优异的耐磨性能，而且具有良好的附着性和韧性，操作性能好，延长了场地实际使用寿命；本发明还提供其制备方法，工艺简单、生产高效。

本发明所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，包括A组分和B组分，所述A组分包含以下质量百分比的原料：

丙烯酸乳液 25-35%，

聚氨酯乳液 15-25%，

水 20-25%，

高岭土 5-10%，

羟乙基纤维素 0.2-0.5%，

色浆 10-15%，

反应型有机硅 3-5%，

气相二氧化硅 0.5-1%，

分散剂 0.5-1%，

抗划伤剂 0.2-0.5%，

增稠剂 1-2%，

消泡剂 0.2-0.5%，

润湿剂 0.2-0.5%，

多功能胺助剂 0.2-0.5%；

所述B组分为亲水性脂肪族聚异氰酸酯和非离子型水性异氰酸酯的混合物，混合质量比为（3-5）:1。

本发明中，所述丙烯酸乳液为硅烷改性丙烯酸乳液；优选为KRN8101，固含量为44wt.%，鹤山市金润纳新型材料有限公司生产。

本发明中，所述聚氨酯乳液为聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液；优选为1601，固含量为29wt.%，广州康狄夫环保科技有限公司生产。

本发明中，所述水优选为去离子水。

本发明中，所述高岭土为1250-6000目的煅烧高岭土；优选为1250目的煅烧高岭土，广东源磊粉体有限公司生产。

本发明中，所述羟乙基纤维素为2-羟乙基醚纤维素，pH为5.0-8.0；优选为QP-4400H，陶氏化学（上海）有限公司生产。

本发明中，所述色浆为水性环保色浆；优选为铁红R4101，广州科迪新材料有限公司生产。

本发明中，所述反应型有机硅为羟基封端聚二甲基硅氧烷；优选为SA32-29，上海姝念化工有限公司生产。

本发明中，所述气相二氧化硅为比表面积200m²/g的亲水性气相法二氧化硅；优选为JU200，广州佳诺新材料有限公司生产。

本发明中，所述分散剂为水性降粘分散剂；优选为7373W，广州斯洛柯高分子聚合物有限公司生产。

本发明中，所述抗划伤剂为基于氧化铝纳米颗粒的表面助剂；优选为BYK-3603，德国BYK化学生产。

本发明中，所述增稠剂为碱溶胀型增稠剂；优选为ASE-60，青岛恩泽化工有限公司生产。

本发明中，所述消泡剂为无硅消泡剂；优选为BYK-012，德国BYK化学生产。

本发明中，所述润湿剂为非离子型润湿剂，优选为PE-100，青岛恩泽化工有限公司生产。

本发明中，所述多功能胺助剂优选为AMP-95，青岛恩泽化工有限公司生产。

本发明中，所述亲水性脂肪族聚异氰酸酯优选为XP2547，科思创聚合物有限公司生产。

本发明中，所述非离子型水性异氰酸酯优选为D505，武汉仕全兴新材料科技股份有限公司生产。

本发明所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备A组分：先向搅拌分散机中投入水、润湿剂、分散剂、抗划伤剂，800-1000rpm转速下搅拌分散10-20min；再加入高岭土、羟乙基纤维素，1200-1400rpm转速下搅拌分散20-40min；再加入丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液，800-1000rpm转速下搅拌分散5-15min；再加入气相二氧化硅、反应型有机硅、多功能胺助剂、色浆、消泡剂，800-1000rpm转速下搅拌分散5-15min；最后加入增稠剂，800-1000rpm转速下搅拌分散20-40min；制得A组分；

（2）制备B组分：将亲水性脂肪族聚异氰酸酯和非离子型水性异氰酸酯混合均匀，制得B组分；

（3）使用时，将A组分和B组分按重量比（10-15）:1搅拌均匀后，涂在塑胶球场表面，即得高耐磨塑胶球场用水性面漆。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明的高耐磨塑胶球场用水性面漆，采用硅烷改性丙烯酸乳液和聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液进行复配，其中硅烷改性丙烯酸乳液会由于混溶性和比重原因上浮至表面，依据硅烷的自交联性，并快速与异氰酸酯类固化剂反应形成一层高交联度致密的漆膜，提供硬度和耐磨性，聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液会分散在下层与球场基面充分接触，提供良好的附着性和韧性，使得漆膜整体表现出优异的耐磨强度和较好的附着性；

（2）本发明引入反应型有机硅和气相二氧化硅，改善面漆耐磨性能，其中反应型有机硅参与交联反应，使有机硅结构单元以化学键连接的方式存在体系链段中，同时引入了比表面积200m²/g的亲水性气相法二氧化硅，气相二氧化硅中的Si-OH与体系中的离子键结合，形成三维网状结构，提升耐磨强度，反应型有机硅和气相二氧化硅协同作用优势明显，有机硅分子体积大，内聚能密度低，具有更低的表面张力，显著降低了产品表面的摩擦系数，提高了材料耐磨性能；

（3）本发明在引入气相二氧化硅和有机硅结构单元的同时，也使得整个体系的料液触变性变大、活性变高，导致操作性能差，因此，本发明的A组分通过分散剂、增稠剂以及粉体料的合理调配，获得合适粘稠度，同时B组分加入一定比例的长活化期水性异氰酸酯固化剂，获得了优异的操作性能，其次，活化期的延长也更有利于硅烷改性丙烯酸乳液的上浮固化；

（4）本发明的制备方法，科学合理，简单易行，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；实施例中所使用的工艺方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例所用部分原料说明如下：

硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，固含量为44wt.%，鹤山市金润纳新型材料有限公司生产；

聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，固含量为29wt.%，广州康狄夫环保科技有限公司生产；

煅烧高岭土，1250目，广东源磊粉体有限公司生产；

羟乙基纤维素QP-4400H，陶氏化学（上海）有限公司生产；

铁红R4101，广州科迪新材料有限公司生产；

反应型有机硅SA32-29，上海姝念化工有限公司生产；

气相二氧化硅JU200，比表面积200m²/g，广州佳诺新材料有限公司生产；

分散剂7373W，广州斯洛柯高分子聚合物有限公司生产；

抗划伤剂BYK-3603，德国BYK化学生产；

增稠剂ASE-60，青岛恩泽化工有限公司生产；

消泡剂BYK-012，德国BYK化学生产；

润湿剂PE-100，青岛恩泽化工有限公司生产；

多功能胺助剂AMP-95，青岛恩泽化工有限公司生产；

亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547，科思创聚合物有限公司生产；

非离子型水性异氰酸酯D505，武汉仕全兴新材料科技股份有限公司生产。

实施例1

一种高耐磨塑胶球场用水性面漆，由质量比为15:1的A组分和B组分组成，其中A组分由以下质量百分数的原料组成：

35%的硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，18%的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，20%的去离子水，5%的煅烧高岭土，0.4%的羟乙基纤维素QP-4400H，12%的铁红R4101，5%的反应型有机硅SA32-29，1%的气相二氧化硅JU200，1%的分散剂7373W，0.4%的抗划伤剂BYK-3603，1%的增稠剂ASE-60，0.3%的消泡剂BYK-012，0.5%的润湿剂PE-100，0.4%的多功能胺助剂AMP-95；

B组分由质量比为5:1亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505组成。

制备方法如下：

（1）制备A组分：先向搅拌分散机中投入去离子水、润湿剂PE-100、分散剂7373W、抗划伤剂BYK-3603，1000rpm转速下搅拌分散10min；再加入煅烧高岭土、羟乙基纤维素QP-4400H，1400rpm转速下搅拌分散20min；再加入硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101、聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，1000rpm转速下搅拌分散5min；再加入气相二氧化硅JU200、反应型有机硅SA32-29、多功能胺助剂AMP-95、铁红R4101、消泡剂BYK-012，1000rpm转速下搅拌分散5min；最后加入增稠剂，1000rpm转速下搅拌分散20min；制得A组分；

（2）制备B组分：亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505混合均匀，制得B组分；

（3）使用时，将A组分和B组分按重量比15:1搅拌均匀后，涂在塑胶球场表面，即得高耐磨塑胶球场用水性面漆。

实施例2

一种高耐磨塑胶球场用水性面漆，由质量比为10:1的A组分和B组分组成，其中A组分由以下质量百分数的原料组成：

30%的硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，15%的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，25%的去离子水，7%的煅烧高岭土，0.2%的羟乙基纤维素QP-4400H，15%的铁红R4101，4%的反应型有机硅SA32-29，0.7%的气相二氧化硅JU200，0.5%的分散剂7373W，0.5%的抗划伤剂BYK-3603，1.4%的增稠剂ASE-60，0.2%的消泡剂BYK-012，0.3%的润湿剂PE-100，0.2%的多功能胺助剂AMP-95；

B组分由质量比为3:1亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505组成。

制备方法如下：

（1）制备A组分：先向搅拌分散机中投入去离子水、润湿剂PE-100、分散剂7373W、抗划伤剂BYK-3603，900rpm转速下搅拌分散20min；再加入煅烧高岭土、羟乙基纤维素QP-4400H，1300rpm转速下搅拌分散40min；再加入硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101、聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，900rpm转速下搅拌分散15min；再加入气相二氧化硅JU200、反应型有机硅SA32-29、多功能胺助剂AMP-95、铁红R4101、消泡剂BYK-012，900rpm转速下搅拌分散15min；最后加入增稠剂，900rpm转速下搅拌分散40min；制得A组分；

（2）制备B组分：亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505混合均匀，制得B组分；

（3）使用时，将A组分和B组分按重量比10:1搅拌均匀后，涂在塑胶球场表面，即得高耐磨塑胶球场用水性面漆。

实施例3

一种高耐磨塑胶球场用水性面漆，由质量比为13:1的A组分和B组分组成，其中A组分由以下质量百分数的原料组成：

25%的硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，25%的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，22%的去离子水，10%的煅烧高岭土，0.5%的羟乙基纤维素QP-4400H，10%的铁红R4101，3%的反应型有机硅SA32-29，0.5%的气相二氧化硅JU200，0.6%的分散剂7373W，0.2%的抗划伤剂BYK-3603，2%的增稠剂ASE-60，0.5%的消泡剂BYK-012，0.2%的润湿剂PE-100， 0.5%的多功能胺助剂AMP-95；

B组分由质量比为4:1亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505组成。

制备方法如下：

（1）制备A组分：先向搅拌分散机中投入去离子水、润湿剂PE-100、分散剂7373W、抗划伤剂BYK-3603，800rpm转速下搅拌分散15min；再加入煅烧高岭土、羟乙基纤维素QP-4400H，1200rpm转速下搅拌分散30min；再加入硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101、聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，800rpm转速下搅拌分散10min；再加入气相二氧化硅JU200、反应型有机硅SA32-29、多功能胺助剂AMP-95、铁红R4101、消泡剂BYK-012，800rpm转速下搅拌分散10min；最后加入增稠剂，800rpm转速下搅拌分散30min；制得A组分；

（2）制备B组分：亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547和非离子型水性异氰酸酯D505混合均匀，制得B组分；

（3）使用时，将A组分和B组分按重量比13:1搅拌均匀后，涂在塑胶球场表面，即得高耐磨塑胶球场用水性面漆。

对比例1

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含气相二氧化硅JU200和反应型有机硅SA32-29，将气相二氧化硅JU200和反应型有机硅SA32-29替换为等质量的去离子水。

对比例2

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含气相二氧化硅JU200，将气相二氧化硅JU200替换为等质量的去离子水。

对比例3

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含反应型有机硅SA32-29，将反应型有机硅SA32-29替换为等质量的去离子水。

对比例4

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含气相二氧化硅JU200、反应型有机硅SA32-29、聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，将气相二氧化硅JU200和反应型有机硅SA32-29替换为等质量的去离子水，将聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601替换为等质量的硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101。

对比例5

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含气相二氧化硅JU200、反应型有机硅SA32-29、硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，将气相二氧化硅JU200和反应型有机硅SA32-29替换为等质量的去离子水，将硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101替换为等质量的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601。

对比例6

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101，将硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101替换为等质量的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601。

对比例7

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的A组分不含聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601，将聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液1601替换为等质量的硅烷改性丙烯酸乳液KRN8101。

对比例8

本对比例与实施例3相比，不同点仅在于该水性面漆的B组分不含非离子型水性异氰酸酯D505，将非离子型水性异氰酸酯D505替换为等质量的亲水性脂肪族聚异氰酸酯XP2547。

将实施例1-3与对比例1-8的产品进行性能测试，其中，耐磨性参照标准GB/T1768-2006进行测试，耐冲击性参照GB/T 1732-202进行测试，柔韧性参照GB/T 1731-2020进行测试，附着力参照GB/T 1720-2020进行测试，操作时间参照GB/T 7123.1-2015进行测试。测试结果如表1所示。

表1 性能测试结果

从表1中可以看出，本发明制备的水性面漆，通过采用硅烷改性丙烯酸乳液和聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液合理复配，从高分子漆膜结构上改进了耐磨性，同时引入反应型有机硅和气相二氧化硅，两者协同作用对面漆耐磨性做了补强提升，并在B组分中加入长活化期水性异氰酸酯固化剂，弥补了反应型有机硅和气相二氧化硅引入带来的操作性能差的问题，改善了面漆操作性能。

Claims (10)

1.一种高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：包括A组分和B组分，所述A组分包含以下质量百分比的原料：

丙烯酸乳液 25-35%，

聚氨酯乳液 15-25%，

水 20-25%，

高岭土 5-10%，

羟乙基纤维素 0.2-0.5%，

色浆 10-15%，

反应型有机硅 3-5%，

气相二氧化硅 0.5-1%，

分散剂 0.5-1%，

抗划伤剂 0.2-0.5%，

增稠剂 1-2%，

消泡剂 0.2-0.5%，

润湿剂 0.2-0.5%，

多功能胺助剂 0.2-0.5%；

所述B组分为亲水性脂肪族聚异氰酸酯和非离子型水性异氰酸酯的混合物，混合质量比为（3-5）:1。

2.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述丙烯酸乳液为硅烷改性丙烯酸乳液。

3.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述聚氨酯乳液为聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液。

4.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述高岭土为煅烧高岭土。

5.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述的羟乙基纤维素为2-羟乙基醚纤维素。

6.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述色浆为水性环保色浆。

7.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述反应型有机硅为羟基封端聚二甲基硅氧烷。

8.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述气相二氧化硅为比表面积200m²/g的亲水性气相法二氧化硅。

9.根据权利要求1所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆，其特征在于：所述消泡剂为无硅消泡剂；所述润湿剂为非离子型润湿剂。

10.一种权利要求1-9任一项所述的高耐磨塑胶球场用水性面漆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）制备A组分：先向搅拌分散机中投入水、润湿剂、分散剂、抗划伤剂，800-1000rpm转速下搅拌分散10-20min；再加入高岭土、羟乙基纤维素，1200-1400rpm转速下搅拌分散20-40min；再加入丙烯酸乳液、聚氨酯乳液，800-1000rpm转速下搅拌分散5-15min；再加入气相二氧化硅、反应型有机硅、多功能胺助剂、色浆、消泡剂，800-1000rpm转速下搅拌分散5-15min；最后加入增稠剂，800-1000rpm转速下搅拌分散20-40min；制得A组分；

（2）制备B组分：将亲水性脂肪族聚异氰酸酯和非离子型水性异氰酸酯混合均匀，制得B组分；

（3）使用时，将A组分和B组分按重量比（10-15）:1搅拌均匀后，涂在塑胶球场表面，即得高耐磨塑胶球场用水性面漆。