CN115651528B - 一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及涂料技术领域，具体公开了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法，所述涂料，包括改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、流平剂、抗老化剂、颜料、水；上述方案配方简单，所得涂料具有良好的防水性和自清洁性。本申请还提出了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的制备方法，包括将改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、抗老化剂、流平剂、颜料、水混合后研磨得到所需的涂料；上述方法简单，制备成本低，所得自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料分散稳定性好，极大地降低了涂层的开裂现象，优化了涂层的综合性能。

Description

一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法。

背景技术

聚天门冬氨酸酯涂料因具有卓越的耐候性和耐磨性，被广泛应用于高铁、船舶、风力发电叶片、汽车等领域。传统的聚天门冬氨酸酯涂料是利用聚天门冬氨酸酯的仲氨基和异氰酸酯反应得到，由于引入亲水基团，导致涂层存在易吸潮，疏水性差，防污性差，机械性能差等问题。另外，传统的聚天门冬氨酸酯涂料即使是在高固含情况下，依然会有VOC挥发，环保性较差。

随着交通运输业的蓬勃发展，高铁、地铁、航天飞机以及船舶等交通工具得到了广泛的应用，对交通运输设备所用的涂料的性能要求也越来越高。由于交通运输设备存在易沾污，难清理等问题。现有的聚天门冬氨酸酯涂料性能越来越难以满足应用要求。故而，如何降低空气中粉尘的聚集影响、提高涂层本身自清洁能力是目前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有的聚天门冬氨酸酯涂料环保性差，防水性差，防污性差等问题，本申请提供了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，采用如下的技术方案：

一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，包括以下重量份的原料：40-60份改性聚天门冬氨酸酯、6-10份功能性助剂、2-3份分散剂、2-3份消泡剂、3-7份耐磨剂、2-3份防沉剂、50-90份水。

优选的，所述环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，包括以下重量份的原料：45-55份改性聚天门冬氨酸酯、7-9份功能性助剂、2.4-2.7份分散剂、2.2-2.8份消泡剂、4-6份

耐磨剂、2.5-2.7份防沉剂、60-80份水。

优选的，所述环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，包括以下重量份的原料：50份改性聚天门冬氨酸酯、8份功能性助剂、2.5份分散剂、2.4份消泡剂、5份耐磨剂、2.6份

防沉剂、70份水。

通过采用上述技术方案，采用改性聚天门冬氨酸酯做涂料主料，通过添加功能性助剂等原料，使制得的涂层具有良好的防水性，同时涂层也获得优异的防沾污、自清洁性。

优选的，所述环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，还包括以下重量份的原料：2-3份流平剂、2-3份抗老化剂、1-5份颜料。

通过采用上述技术方案，在涂料中还加入流平剂、抗老化剂，制得的涂层平整光滑，具有抗老化的功能，能够延长涂层的使用寿命。还可以选择添加不同的颜料，满足设备的外观需求。

优选的，所述改性聚天门冬氨酸酯，包括以下重量份的原料：72-80份水性聚天门冬氨酸酯、4-8份聚四氟乙烯微粉、4-8份羟丙基甲基纤维素、4-8份硅烷偶联剂、10-20份30wt％乙醇水溶液。

优选的，所述改性聚天门冬氨酸酯由以下方法制得：在乙醇水溶液中加入聚四氟乙烯微粉、羟丙基甲基纤维素和硅烷偶联剂混合均匀，在温度50-60℃下，以650-850r/min转速搅拌10-30min；再和水性聚天门冬氨酸酯混合，保持温度不变反应2-4h，得到改性聚天门冬氨酸酯。

通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯是一种良好的防水材料，同时具有耐热性、耐候性、耐寒性、低摩擦性、化学稳定性、耐老化等优异性能。聚四氟乙烯通过硅烷偶联剂接枝到聚天门冬氨酸酯上，能够增强涂层的防水性和机械性能。

另外本申请还加入了羟丙基甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素具有良好的粘结性，与聚四氟乙烯混合后具有协同作用，能够提高涂料体系各个组分之间的结合力，从而进一步提高涂层的防水性能。同时，羟丙基甲基纤维素也可以改善聚天门冬氨酸酯与其他材料的相容性，从而有效的减少涂层开裂的现象。

优选的，所述功能性助剂包括A组分和B组分，按照重量份计，所述A组分包括20-30份硬脂酸钠、20-30份十二烷基二羟乙基甜菜碱；B组分包括6-10份二乙烯基四甲基二硅氮烷、6-10份添加剂、10-20份50wt％乙醇水溶液。所述添加剂为纳米氧化锌、碳纳米管中至少一种。

优选的，所述添加剂由质量比3-7:5的纳米氧化锌和碳纳米管复配而得。

优选的，所述功能性助剂由以下方法制得：将硬脂酸钠与十二烷基二羟乙基甜菜碱混合，得到A组分。在水浴50-60℃下，将乙醇水溶液、二乙烯基四甲基二硅氮烷和添加剂均匀混合后，于300-500r/min转速下反应40-60min得到B组分。然后将A组分与B组分均匀混合，并进行超声分散30-60min，制得功能性助剂。

通过采用上述技术方案，加入有大空间位阻和低表面能基团结构的二乙烯基四甲基二硅氮烷修饰纳米氧化锌、碳纳米管，使得纳米氧化锌和碳纳米管的表面出现荷叶乳突状、棒状和仙人球状等多种疏水疏油的微结构。将纳米氧化锌和碳纳米管进行复配后改性，再与硬脂酸钠和十二烷基二羟乙基甜菜碱相混合得到功能性助剂。涂料中功能性助剂的加入，使得最终获得的涂层具有良好的疏水疏油性和优异的抗静电性，能够有效的减少粉尘在涂层表面的堆积，进而使得涂层拥有防沾污性和自清洁性，同时涂层的机械性能得到极大提高。

优选的，所述分散剂为山梨醇酯、月桂醇硫酸钠中的至少一种。

通过采用上述技术方案，将山梨醇酯和/或月桂醇硫酸钠作为分散剂，用于涂料制备，能够有效分散原料，保证制得的涂层表面平整度高，光泽度好，进一步加强了涂层的自清洁功能。

优选的，所述消泡剂为聚醚硅氧烷、聚硅氧烷中的至少一种。

通过采用上述技术方案，聚醚硅氧烷和/或聚硅氧烷作为消泡剂，用于涂料的制备，具有快速消泡的能力，使得涂料体系混合后无气泡产生，进而能够提高涂料体系的稳定性和相容性，增强涂层结构的致密性，使得涂层表面平整，力学性能得到显著的提高。

优选的，所述耐磨剂为纳米球形氧化铝、陶瓷粉中的至少一种。

优选的，所述防沉剂为膨润土、氢化蓖麻油中的至少一种。

优选的，所述流平剂为聚甲基苯基硅氧烷。

优选的，所述抗老化剂为硫代二丙酸双月桂酯。

优选的，所述颜料为滑石粉。

第二方面，本申请提供了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的制备方法，按配方比，将改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、抗老化剂、流平剂、颜料、水混合后研磨得到所需的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料。

优选的，所述环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的制备方法，具体包括以下制备步骤：

S1、按配方比，将改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、抗老化剂、流平剂、颜料、水混合，在50-60℃下以1000-1200r/min的转速搅拌40-60min，得到预混物；

S2、用三辊研磨机研磨S1中得到的预混物至细度小于10μm，研磨温度为40-60℃，研磨压力为15-35pa/cm²，过滤，得到所需的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料。

通过采用上述技术方案，在制备过程中，以控制搅拌速度、搅拌时间和搅拌温度来实现功能性助剂、耐磨剂、抗老化剂等原料在改性聚天门冬氨酸酯中充分润湿、分散的目的；通过控制研磨参数，保证制得的涂料的细度低，粘性好，防水性强；本申请的制备方法简单，制备成本低，所得自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料分散稳定性好，极大地降低了涂层的开裂现象，优化了涂层的综合性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用改性聚天门冬氨酸酯作为主料，使得涂料的防水性能得到了提高；通过添加功能性助剂使涂料获得了防沾污、自清洁功能；另外，通过在改性聚天门冬氨酸酯中添加分散剂、耐磨剂等原料，将上述原料混合、分散、研磨，制得环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，使得涂层的防水，自清洁，机械等性能得到改善，同时，本申请所选的原料安全环保，无毒无污染，有效地减少了涂料使用过程VOC的排放，符合绿色环保的要求。

2、本申请制得的涂料存放使用简单，开盖后根据使用需求，添加稀释剂搅匀，喷涂即可，免烘烤，便于大面积涂布；所得自清洁涂层粘结性强，综合性能优异，用于交通运输相关设备，自清洁效果显著，使用寿命长。

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。

制备例1-5提供了改性聚天门冬氨酸酯及其制备方法，以下以制备例1为例进行说明。

制备例1

改性聚天门冬氨酸酯包括以下原料：72kg水性聚天门冬氨酸酯、4kg聚四氟乙烯微粉、4kg羟丙基甲基纤维素、4kg硅烷偶联剂、10kg30wt％乙醇水溶液。

改性聚天门冬氨酸酯由以下方法制得：在乙醇水溶液中加入聚四氟乙烯微粉、羟丙基甲基纤维素和硅烷偶联剂混合均匀，在温度60℃下，以650r/min转速搅拌30min；再和水性聚天门冬氨酸酯混合，保持温度不变反应2h，得到改性聚天门冬氨酸酯。

制备例2-5，同制备例1，不同之处仅在于：原料选用重量不同，以及制备过程中的工艺参数不同，具体见表1。

表1：

制备例6-10提供了功能性助剂及其制备方法，以下以制备例6为例进行说明。

制备例6

功能性助剂包括A组分和B组分，所述A组分包括20kg硬脂酸钠、20kg十二烷基二羟乙基甜菜碱；B组分包括6kg二乙烯基四甲基二硅氮烷、6kg添加剂、10kg50wt％乙醇水溶液。添加剂由质量比3:5的纳米氧化锌和碳纳米管复配而得。

功能性助剂由以下方法制得：将硬脂酸钠与十二烷基二羟乙基甜菜碱混合，得到A组分。在水浴50℃下，将乙醇水溶液、二乙烯基四甲基二硅氮烷和添加剂均匀混合后，于300r/min转速下反应60min得到B组分。然后将A组分与B组分均匀混合，并进行超声分散30min，制得功能性助剂。

制备例7-10，同制备例6，不同之处仅在于：原料选用重量不同，以及制备过程中的工艺参数不同，具体见表2。

表2：

实施例1-5提供了一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料及其制备方法，以下以实施例1为例进行说明。

实施例1

一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，包括以下原料：40kg改性聚天门冬氨酸酯(制备例1)、6kg功能性助剂(制备例6)、2kg分散剂、2kg消泡剂、3kg耐磨剂、2kg防沉剂、2kg流平剂、2kg抗老化剂、1kg颜料、50kg水。

环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，具体包括以下制备步骤：

S1、按配方比，将改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、抗老化剂、流平剂、颜料、水混合，在60℃下以1000r/min的转速搅拌60min，得到预混物；

S2、用三辊研磨机研磨S1中得到的预混物至细度小于10μm，研磨温度为40℃，研磨压力为35pa/cm²，过滤，得到所需的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料。

实施例2-5，同实施例1，不同之处仅在于：原料选用重量不同，以及制备过程中的工艺参数不同，具体见表3。

表3：

为了验证本申请提供的一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的性能，申请人设置了对比例1-9，其中：

对比例1，同实施例3，不同之处仅在于：制备例3中的改性聚天门冬氨酸酯不添加聚四氟乙烯微粉和羟丙基甲基纤维素。

对比例2，同实施例3，不同之处仅在于：制备例3中的改性聚天门冬氨酸酯不添加羟丙基甲基纤维素。

对比例3，同实施例3，不同之处仅在于：制备例8中的功能性助剂不添加二乙烯基四甲基二硅氮烷。

对比例4，同实施例3，不同之处仅在于：制备例8中的功能性助剂中的添加剂改为8kg纳米氧化锌。

对比例5，同实施例3，不同之处仅在于：制备例8中的功能性助剂中的添加剂改为8kg碳纳米管。

对比例6，同实施例3，不同之处在于：分散剂改为2.5kg山梨醇酯。对比例7，同实施例3，不同之处在于：分散剂改为2.5kg月桂醇硫酸钠。

对比例8，同实施例3，不同之处在于：消泡剂改为2.4kg聚醚硅氧烷。对比例9，同实施例3，不同之处在于：消泡剂改为2.4kg聚硅氧烷。分别将实施例1-5和对比例1-9中的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料喷涂至金属表面，获得厚度为150μm的涂层；测试各涂层的主要性能，得出如下结果参数，具体见表4：

其中，测试接触角参考国家标准GB/T 30447-2013；测试自清洁性能参考电力技术标准DL/T 627-2012；测试铅笔硬度参考国家标准GB/T 6739-2006；测试耐水性参考国家标准GB/T 1733-1993；测试耐冲击性参考国家标准GB/T 1732-1993；测试耐热性参考国家标准GB/T 1735-2009。

表4：

由上述表4显示数据可知：本申请实施例1-5中制得的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂层综合性能远远优于对比例1-9中制得的涂层，具有优异的自清洁性，显著的防水性，机械性能和热学性能也得到提高。

由实施例3和对比例1、2可知：本申请用聚四氟乙烯和羟丙基甲基纤维素对聚天门冬氨酸酯进行改性，制得自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的耐水性明显优于未改性的聚天门冬氨酸酯涂料，同时涂料具有良好的耐高温性能和力学性能。

由实施例3和对比例3可知：本申请选用二乙烯基四甲基二硅氮烷对纳米氧化锌和碳纳米管的复配物进行改性较选用未改性的复配物，添加到涂料中，使制得的涂层的疏水疏油角大，自清洁性能指标数据高，具有优异的自清洁功能。

由实施例3和对比例4、5可知，本申请选用改性的纳米氧化锌和碳纳米管的复配物或单独选用改性的纳米氧化锌或改性的碳纳米管，添加到涂料中，使制得涂层的抗静电性能更好，从而可以有效防止灰尘的堆积，涂层的防沾污性和自清洁性也更佳。

由实施例3和对比例6、7可知：本申请分散剂选用山梨醇酯和月桂醇硫酸钠复配较单独选用山梨醇酯或月桂醇硫酸钠，制得的自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的机械性能有了显著的提升。

由实施例3和对比例8、9可知：本申请消泡剂选用聚醚硅氧烷和聚硅氧烷复配较单独选用聚醚硅氧烷或聚硅氧烷，制得的自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的综合性能更佳。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：40-60份改性聚天门冬氨酸酯、6-10份功能性助剂、2-3份分散剂、2-3份消泡剂、3-7份耐磨剂、2-3份防沉剂、50-90份水；

所述改性聚天门冬氨酸酯，包括以下重量份的原料：72-80份水性聚天门冬氨酸酯、4-8份聚四氟乙烯微粉、4-8份羟丙基甲基纤维素、4-8份硅烷偶联剂、10-20份30wt%乙醇水溶液；

所述功能性助剂包括A组分和B组分，按重量份计：A组分包括20-30份硬脂酸钠、20-30份十二烷基二羟乙基甜菜碱；B组分包括6-10份二乙烯基四甲基二硅氮烷、6-10份添加剂、10-20份50wt%乙醇水溶液；

所述添加剂由质量比3-7:5的纳米氧化锌和碳纳米管复配而得。

2.根据权利要求1所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：45-55份改性聚天门冬氨酸酯、7-9份功能性助剂、2.4-2.7份分散剂、2.2-2.8份消泡剂、4-6份耐磨剂、2.5-2.7份防沉剂、60-80份水。

3.根据权利要求1所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：50份改性聚天门冬氨酸酯、8份功能性助剂、2.5份分散剂、2.4份消泡剂、5份耐磨剂、2.6份防沉剂、70份水。

4.根据权利要求1所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，还包括以下重量份的原料：2-3份流平剂、2-3份抗老化剂、1-5份颜料。

5.根据权利要求1所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，所述改性聚天门冬氨酸酯由以下方法制得：在乙醇水溶液中加入聚四氟乙烯微粉、羟丙基甲基纤维素和硅烷偶联剂混合均匀，在温度50-60℃下，以650-850r/min转速搅拌10-30min；再和水性聚天门冬氨酸酯混合，保持温度不变反应2-4h，得到改性聚天门冬氨酸酯。

6.根据权利要求1所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料，其特征在于，所述功能性助剂由以下方法制得：将硬脂酸钠与十二烷基二羟乙基甜菜碱混合，得到A组分；在水浴50-60℃下，将乙醇水溶液、二乙烯基四甲基二硅氮烷和添加剂均匀混合后，于300-500r/min转速下反应40-60min得到B组分；然后将A组分与B组分均匀混合，并进行超声分散30-60min，制得功能性助剂。

7.一种权利要求1-6任一项所述的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料的制备方法，其特征在于，按配方比，将改性聚天门冬氨酸酯、功能性助剂、分散剂、消泡剂、耐磨剂、防沉剂、抗老化剂、流平剂、颜料、水混合后研磨得到所需的环保型自清洁改性聚天门冬氨酸酯涂料。