CN116004099B - 一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料标线技术领域，具体为一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，包括以下重量份的原料：10‑40份的可自动氧化交联的水溶性树脂、30‑120份的填料、0.1‑5份成膜助剂、1‑10颜料以及10‑20份水混合，分散后研磨得到混合液，向混合液中加入10‑50份的水性自交联型乳液和0.1‑10份催干剂，通过利用进行制备的反应罐进行分层设置，形成若干的反应腔，使得在制备过程中的滴加反应之间在所有的反应腔内进行，极大的缩短了滴加时间，进而提高了制备的效率，并且，在制备的水溶性涂料中添加杀菌剂、抗污剂及防霉剂，使得标线涂料划线后形成的标线不会发霉、发污，且反光性强、持久。
Description
技术领域
本发明涉及涂料标线技术领域，具体为一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺。
背景技术
目前，道路标线是道路的重要组成部分，其是指在道路路面上用线条、箭头、文字、标记等向交通参与者传递引导、限制、警告等交通信息的标识，其能够起到管制和引导交通的作用，道路标线是使用道路标线涂料涂覆于道路表面得到。
目前现有的道路标线涂料主要包括常温型、热熔型和水溶型，其中，常温型涂料在生产和使用过程中会有大量的有机溶剂挥发，不仅会污染环境，而且涂料的强度低、不耐磨、使用寿命短、与玻璃微珠的亲和力差，导致面撒的反光微珠极易脱落，逆向反光效果不持久，不能够满足日益增长的道路标线需求；而热熔型涂料虽然具有耐磨、昼夜反光效果好、使用寿命长的优点，但是热熔型涂料在施工之前常常要喷涂一层溶剂底漆，增加了施工工序，而且需要加热施工较为不便，且热熔涂料本身具有一定的可燃性，具有安全隐患，同时加热过程中产生的有害气体对环境也不友好，热熔型涂料一次施工时比较厚，会导致再次施工难度大，需要先除掉旧线才能进行施工，也会加大成本，并降低施工效率。水性道路标线涂料是一种新的道路标线涂料，这种标线涂料环保性好，反光效果好，是目前的主要研究方向。国外水性道路标线涂料多以阴离子纯丙乳液、苯丙乳液作为主要基料，并加入少量的水溶或水分散含胺聚合物和挥发性的碱混合制备而成，但是，现有的水性涂料存在制备过程中，原料需要反复滴加，极大的限制了制备时间，此外，还存在制备出的标线涂料划线后形成的标线发霉、发污、反光性差的问题。
如专利号为CN202010888721.6的中国专利中，公开了一种水性道路标线涂料乳液，虽然该水性标线乳液制备出的标线涂料与多种路面的粘附力强，耐水、耐候、耐紫外线、耐磨性能佳，与玻璃微珠相容性好，可用作水性道路标线涂料成膜物质，但该水性标线涂料就存在制备时间长，极易发霉、发污、反光性差的情况。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，通过利用进行制备的反应罐进行分层设置，形成若干的反应腔，使得在制备过程中的滴加反应之间在所有的反应腔内进行，极大的缩短了滴加时间，进而提高了制备的效率，并且，在制备的水溶性涂料中添加杀菌剂、抗污剂及防霉剂，使得标线涂料划线后形成的标线不会发霉、发污，且反光性强、持久。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、加料，在反应罐中，加入20-50重量份的蒸馏水、20-40重量份的乳化剂溶液、5-15重量份的质量分数为5%的无水亚硫酸钠溶液及15-30重量份的混合单体；
步骤二、滴加反应，通过电加热元件使得所述反应罐升温至75-85℃后，在搅拌桨的搅拌下，在1-3min内滴加5-10重量份的质量分数为5%的过硫酸钾溶液，通过反应罐上的观察窗观察等待反应罐内体系呈现透明的天蓝色；
步骤三、滴加混合，在0.75-1.5h内，向所述反应罐内滴加60-100重量份的混合单体及30-50重量份的乳化剂溶液和5-10重量份的质量百分比为5%的过硫酸钾溶液、3-10重量份的质量百分比为5%的无水亚硫酸钠溶液及50-80重量份的水组成的混合物；
步骤四、调节pH值，反应罐保温1-2.5h后降温，加入pH调节剂调节至pH值在8以上，加入2-4重量份的己二酸二酰肼，即得到水性自交联型乳液；
步骤五、制备涂料，将10-40重量份的可自动氧化交联的水溶性树脂、30-120重量份的填料、0.1-5重量份的成膜助剂、1-10重量份的颜料以及10-20重量份的水混合，分散后研磨得到混合液，向混合液中加入10-50重量份的水性自交联型乳液和0.1-10重量份的催干剂，搅拌均匀，制得水溶性涂料；
其中，所述步骤二与所述步骤三中，所述反应罐通过抬升搅拌桨，使得搅拌桨上设置的密封塞与所述反应罐内设置的隔板转动密封配合，在所述反应罐内自上向下形成若干独立的反应腔，该反应腔内同步进行滴加工作。
作为改进，每层的所述反应腔的外侧均设置有循环管路，该循环管路降低所述反应腔内的液位，使得所述搅拌桨上的滴液盘位于液面上方，且所述循环管路将所述反应腔底部的物料抽吸输送至所述反应腔的顶部参与反应，所述滴液盘通过所述搅拌桨的中空转轴输入滴加物料。
作为改进，所述步骤一与步骤三中，乳化剂溶液由聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基硫酸钠、SR-10、蒸馏水按1-3：2-4：1-3：2-4的质量比混合均匀得到。
作为改进，所述步骤一与步骤三中，混合单体由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺按30-40：15-20：10-30：20-25：2-4：2-4的质量比混合均匀得到。
作为改进，所述步骤四中，pH调节剂优选为28wt%的氨水。
作为改进，所述步骤五中，可自动氧化交联的水溶性树脂选自于干性油或半干性油合成的水溶性醇酸树脂、不饱和单体改性的水溶性醇酸树脂、干性油或半干性油合成的水性环氧酯、不饱和单体改性的水性环氧酯、水溶性的环氧丙烯酸树脂、水溶性的聚氨酯丙烯酸树脂、水溶性的聚酯丙烯酸树脂中的一种。
作为改进，所述步骤五中，填料为改性填料、石英砂、碳酸钙与反光陶瓷珠的均匀混合物，改性填料优选为改性碳化钛纳米片。
作为改进，所述步骤五中，成膜助剂选自于醇类、醇酯类、醇醚类、醇醚酯类中的一种或两种。
作为改进，所述步骤五中，催干剂优选为环烷酸皂。
作为改进，所述步骤五中，制得的水溶性涂料包括以下重量份的原料：0.01-1重量份的杀菌剂、0.1-1重量份的抗污剂及0.01-1重量份的防霉剂；
杀菌剂优选为异噻唑啉酮类、苯并异噻唑啉酮类、甲醛缓释剂类、有机溴类、有机胺类及呱三嗪类中的一种，抗污剂优选为氟碳表面活性剂HG-613、HG-614、HG-6171、HG-6172中任意一种，防霉剂优选为重金属盐、苯酚及五氯酚钠中的一种。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过利用进行制备的反应罐进行分层设置，形成若干的反应腔，使得在制备过程中的滴加反应之间在所有的反应腔内进行，极大的缩短了滴加时间，进而提高了制备的效率，并且，在制备的水溶性涂料中添加杀菌剂、抗污剂及防霉剂，使得标线涂料划线后形成的标线不会发霉、发污，且反光性强、持久；
（2）本发明中每层的反应腔的外侧均设置有循环管路，该循环管路降低反应腔内的液位，使得搅拌桨上的滴液盘位于液面上方，且循环管路将反应腔底部的物料抽吸输送至反应腔的顶部参与反应，滴液盘通过搅拌桨的中空转轴输入滴加物料，使得每次进行滴加工作时，所有的反应腔可以同时进行工作，互不干扰；
（3）本发明通过在制备的水溶性涂料内加入反光陶瓷珠替代玻璃微珠，还加入防霉剂、防污剂及杀菌剂，使得形成的标线长时间的反光，且不会变污变霉，使得标线具备抗污抗磨高反光的特性。
综上所述，本发明具有使用制备时间短、生产效率高、成型标线抗污性能高、亮度强、反光性能持久等优点，尤其适用于道路标线技术领域。
附图说明
图 1 为本发明制备工艺流程示意图；
图 2 为本发明反应罐立体结构示意图；
图 3 为本发明反应罐剖视结构示意图一；
图 4 为本发明反应罐反应腔分层示意图；
图 5 为本发明反应罐顶部结构示意图；
图 6 为本发明搅拌桨立体结构示意图；
图 7 为本发明滴液盘工作状态示意图；
图 8 为本发明滴加状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：
如图1至图8所示，一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、加料，在反应罐1中，加入20-50重量份的蒸馏水、20-40重量份的乳化剂溶液、5-15重量份的质量分数为5%的无水亚硫酸钠溶液及15-30重量份的混合单体；
步骤二、滴加反应，通过电加热元件使得所述反应罐1升温至75-85℃后，在搅拌桨2的搅拌下，在1-3min内滴加5-10重量份的质量分数为5%的过硫酸钾溶液，通过反应罐1上的观察窗3观察等待反应罐1内体系呈现透明的天蓝色；
步骤三、滴加混合，在0.75-1.5h内，向所述反应罐1内滴加60-100重量份的混合单体及30-50重量份的乳化剂溶液和5-10重量份的质量百分比为5%的过硫酸钾溶液、3-10重量份的质量百分比为5%的无水亚硫酸钠溶液及50-80重量份的水组成的混合物；
步骤四、调节pH值，反应罐1保温1-2.5h后降温，加入pH调节剂调节至pH值在8以上，pH调节剂优选为28wt%的氨水，加入2-4重量份的己二酸二酰肼，即得到水性自交联型乳液；
步骤五、制备涂料，将10-40重量份的可自动氧化交联的水溶性树脂、30-120重量份的填料、0.1-5重量份的成膜助剂、1-10重量份的颜料以及10-20重量份的水混合，分散后研磨得到混合液，向混合液中加入10-50重量份的水性自交联型乳液和0.1-10重量份的催干剂，搅拌均匀，制得水溶性涂料；
其中，所述步骤二与所述步骤三中，所述反应罐1通过抬升搅拌桨2，使得搅拌桨2上设置的密封塞21与所述反应罐1内设置的隔板11转动密封配合，在所述反应罐1内自上向下形成若干独立的反应腔12，该反应腔12内同步进行滴加工作。
其中，每层的所述反应腔12的外侧均设置有循环管路4，该循环管路4降低所述反应腔12内的液位，使得所述搅拌桨2上的滴液盘23位于液面上方，且所述循环管路4将所述反应腔12底部的物料抽吸输送至所述反应腔12的顶部参与反应，所述滴液盘23通过所述搅拌桨2的中空转轴20输入滴加物料。
具体的，反应罐1的顶部开设有若干用于输入原料的输入口，反应罐1的底部开设有用于输出水性自交联型乳液输出口，且反应罐1顶部设置有带动搅拌桨2进行旋转的驱动电机，并且反应罐1顶部还设置有带动搅拌桨2进行升降的升降器，升降器优选为气缸，并且，在升降器带动搅拌桨2抬升，使得搅拌桨2上的密封塞21与反应罐1内的隔板11相互抵触密封，由于隔板11上开设有通孔，可以用于连通相邻的反应腔12，且密封塞与反应罐1之间属于转动密封，并不妨碍搅拌桨2的旋转，其中密封塞21的材质优选为与涂料原料不进行反应的材质，可以是惰性金属等。
进一步说明的是，在初始时，反应腔12的外侧均设置有循环管路4是处于密封状态的，在循环管路4上的电动阀门开启后，反应腔12内的液位会随之下降，使得滴液盘23刚好位于液面的上方，可以进行滴液加工，并且循环管路4上安装有电动泵，利用电动泵带动反应腔12内的物料自反应腔底部循环到反应腔顶部进行反应，并且，如本实施例的反应罐1自上向下划分为三个反应腔12，相应的本申请中水溶性涂料的滴加时间是现有的水溶性涂料制备的滴加时间的1/3，但需要强调的是，本申请中的反应腔12的数量并不仅局限于3个。
此外，每一组的密封塞21的下方设置有一组滴液盘23，滴液盘23的下方设置有一组对应的搅拌桨叶。
本申请中的循环管路4还可以是仅其中一组是与反应腔的底部连通的，其余均为反应腔的顶部与循环管路4连通，且相互之间连通设置，由此，只需在一组的循环管路4上设置电动泵，就能实现所有循环管路的物料循环流动。
本申请中，用以双丙酮丙烯酰胺和己二酸二肼作为功能型单体合成的水性自交联型乳液与可自动氧化交联的水溶性树脂作为基料，并使用抗渗透性好的碳化钛纳米片和耐磨的石英砂、碳酸钙及反光性强的反光陶瓷珠混合填料作为骨料，采用成膜助剂促进基料和骨料在路面表面形成涂膜，提高水性自交联型乳液与可自动氧化交联的水溶性树脂干燥成膜的速率和成膜性能。
碳化钛纳米片具有超薄的二维层状结构，其机械强度高、化学稳定性好，具有良好的抗腐蚀性和耐磨性，本发明以改性碳化钛纳米片为改性填料，一方面，碳化钛纳米片填料本身的机械强度使得涂层的耐磨性提高，另一方面，改性的碳化钛纳米片可在乳液涂料体系中参与成膜，进一步提高(甲基)丙烯酸酯的交联性，进而减少涂膜的干燥收缩和微孔缺陷，提高涂层的抗渗透性和耐磨性，达到抗磨的目的。
采用反光陶瓷珠替代玻璃微珠，可以确保标线全天候的高反光性能，且反光陶瓷珠可以在雨天甚至是黑夜中都具有很强的持续反光性能，达到高反光的目的。
此外，采用双丙酮丙烯酰胺和己二酸二肼作为功能型单体合成的水性自交联型乳液在干燥的过程中，酮羰基和肼基在酸性条件下会发生交联生成腙类超大分子量的聚合物，该聚合物具有高亲水性和很强的粘附性，同时又兼具高耐水性和高Tg(玻璃化温度)，这使得制备得到的超耐磨水性道路标线涂料由于具有的高Tg和高亲水性而具有较高的耐污染能力，有利于污染物被雨水冲刷掉，且高Tg和强的粘附性能够提高涂膜在高温下的抗返粘功能、耐磨能力并提高与路面的粘附性能，从而降低了涂膜的磨损，延长了涂膜的寿命；通过采用可自动氧化交联的水溶性树脂作为基料，能够在氧气存在下自动干燥形成大分子量的聚合物，提高涂膜的润湿性和渗透性，从而进一步的提高涂膜与路面的粘附性能和与反光陶瓷珠初始附着力。
其中，乳化剂溶液由聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基硫酸钠、SR-10、蒸馏水按1-3：2-4：1-3：2-4的质量比混合均匀得到。
进一步，混合单体由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺按30-40：15-20：10-30：20-25：2-4：2-4的质量比混合均匀得到。
可自动氧化交联的水溶性树脂选自于干性油或半干性油合成的水溶性醇酸树脂、不饱和单体改性的水溶性醇酸树脂、干性油或半干性油合成的水性环氧酯、不饱和单体改性的水性环氧酯、水溶性的环氧丙烯酸树脂、水溶性的聚氨酯丙烯酸树脂、水溶性的聚酯丙烯酸树脂中的一种，采用可以在氧气作用下产生自交联作用以形成大分子量的聚合物的可自动氧化交联的水溶性树脂作为基料，能够使涂覆在路面的膜层具有高的粘附性能和耐磨性能，从而有效的提高与路面和反光陶瓷珠的吸附性，并延长使用寿命。
成膜助剂选自于醇类、醇酯类、醇醚类、醇醚酯类中的一种或两种。
催干剂优选为环烷酸皂。
此外，制得的水溶性涂料包括以下重量份的原料：0.01-1重量份的杀菌剂、0.1-1重量份的抗污剂及0.01-1重量份的防霉剂；
杀菌剂优选为异噻唑啉酮类、苯并异噻唑啉酮类、甲醛缓释剂类、有机溴类、有机胺类及呱三嗪类中的一种，抗污剂优选为氟碳表面活性剂HG-613、HG-614、HG-6171、 HG-6172中任意一种，防霉剂优选为重金属盐、苯酚及五氯酚钠中的一种，杀菌防霉剂，能够有效的提高制备得到的超耐磨水性道路标线涂料的抗菌防霉能力，提高涂料的储存稳定性和涂膜的使用寿命，达到标线具备抗污、抗霉的母的。
制得的水溶性涂料的具体参数为：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、加料，在反应罐（1）中，加入20-50重量份的蒸馏水、20-40重量份的乳化剂溶液、5-15重量份的质量分数为5%的无水亚硫酸钠溶液及15-30重量份的混合单体；
步骤二、滴加反应，通过电加热元件使得所述反应罐（1）升温至75-85℃后，在搅拌桨（2）的搅拌下，在1-3min内滴加5-10重量份的质量分数为5%的过硫酸钾溶液，通过反应罐（1）上的观察窗（3）观察等待反应罐（1）内体系呈现透明的天蓝色；
步骤三、滴加混合，在0.75-1.5h内，向所述反应罐（1）内滴加60-100重量份的混合单体及30-50重量份的乳化剂溶液和5-10重量份的质量百分比为5%的过硫酸钾溶液、3-10重量份的质量百分比为5%的无水亚硫酸钠溶液及50-80重量份的水组成的混合物；
步骤四、调节pH值，反应罐（1）保温1-2.5h后降温，加入pH调节剂调节至pH值在8以上，加入2-4重量份的己二酸二酰肼，即得到水性自交联型乳液；
步骤五、制备涂料，将10-40重量份的可自动氧化交联的水溶性树脂、30-120重量份的填料、0.1-5重量份的成膜助剂、1-10重量份的颜料以及10-20重量份的水混合，分散后研磨得到混合液，向混合液中加入10-50重量份的水性自交联型乳液和0.1-10重量份的催干剂，搅拌均匀，制得水溶性涂料；
其中，所述步骤二与所述步骤三中，所述反应罐（1）通过抬升搅拌桨（2），使得搅拌桨（2）上设置的密封塞（21）与所述反应罐（1）内设置的隔板（11）转动密封配合，在所述反应罐（1）内自上向下形成若干独立的反应腔（12），该反应腔（12）内同步进行滴加工作；
每层的所述反应腔（12）的外侧均设置有循环管路（4），在所述循环管路（4）上的电动阀门开启后，该循环管路（4）降低所述反应腔（12）内的液位，使得所述搅拌桨（2）上的滴液盘（23）位于液面上方，且所述循环管路（4）上安装有电动泵，利用电动泵将所述反应腔（12）底部的物料抽吸输送至所述反应腔（12）的顶部参与反应，所述滴液盘（23）通过所述搅拌桨（2）的中空转轴（20）输入滴加物料。
2.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤一与步骤三中，乳化剂溶液由聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基硫酸钠、SR-10、蒸馏水按1-3：2-4：1-3：2-4的质量比混合均匀得到。
3.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤一与步骤三中，混合单体由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺按30-40：15-20：10-30：20-25：2-4：2-4的质量比混合均匀得到。
4.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤四中，pH调节剂为28wt%的氨水。
5.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤五中，可自动氧化交联的水溶性树脂选自于干性油或半干性油合成的水溶性醇酸树脂、不饱和单体改性的水溶性醇酸树脂、干性油或半干性油合成的水性环氧酯、不饱和单体改性的水性环氧酯、水溶性的环氧丙烯酸树脂、水溶性的聚氨酯丙烯酸树脂、水溶性的聚酯丙烯酸树脂中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤五中，填料为改性填料、石英砂、碳酸钙与反光陶瓷珠的均匀混合物，改性填料为改性碳化钛纳米片。
7.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤五中，成膜助剂选自于醇类、醇酯类、醇醚类、醇醚酯类中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤五中，催干剂为环烷酸皂。
9.根据权利要求1所述的一种抗污抗磨高反光水溶性涂料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤五中，制得的水溶性涂料包括以下重量份的原料：0.01-1重量份的杀菌剂、0.1-1重量份的抗污剂及0.01-1重量份的防霉剂；
杀菌剂为异噻唑啉酮类、苯并异噻唑啉酮类、甲醛缓释剂类、有机溴类、有机胺类及呱三嗪类中的一种，抗污剂为氟碳表面活性剂HG-613、HG-614、HG-6171、 HG-6172中任意一种，防霉剂为重金属盐、苯酚及五氯酚钠中的一种。
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