CN116478582A - 水性热固型醚类feve氟涂料、制备方法和铝金属基材 - Google Patents
水性热固型醚类feve氟涂料、制备方法和铝金属基材 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种水性热固型醚类FEVE氟涂料、制备方法和铝金属基材，该涂料至少包括以下重量份数的组分：成膜物质40～80份、颜填料10～30份、溶剂5～20份、功能助剂1～5份、成膜助剂1～5份；其中所述成膜物质由固含量为45％以上的水性醚类FEVE氟碳树脂、氨基树脂和水性封闭异氰酸酯固化剂组成，并且所述成膜物质中的氟含量不低于16％，所述溶剂为去离子水。这样，本醚类FEVE氟涂料既能够实现高温固化，又能够水性化，从而可应用于铝金属基材作为表面涂层，并具有优异的耐化学品、耐候性能、耐盐雾各项性能，VOCs含量低，且制备简单、安全健康，使用过程中节能降耗、绿色环保，因而具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于涂料收技术领域，尤其涉及一种水性热固型醚类FEVE氟涂料、制备方法和铝金属基材。
背景技术
目前，常见的热固型FEVE氟碳涂料分为热固型醚类FEVE氟碳涂料和热固型酯类氟碳涂料两大类，其中热固型FEVE氟碳涂料在行业内应用已有数十年之久，主要应用于卷钢、卷铝等卷材以及铝型材、铝幕墙等领域。但是，申请人发现：在现有的热固型醚类FEVE氟碳涂料中，水性醚类FEVE氟碳涂料都只能常温固化，能够高温固化的都是油性醚类FEVE氟碳涂料(如：PVDF氟碳涂料和高温溶剂型FEVE氟碳涂料)，而油性醚类FEVE氟碳涂料在生产和使用过程中会产生大量的挥发性有机溶剂(即VOCs)，对环境和人体健康影响极大。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种水性热固型醚类FEVE氟涂料、制备方法和铝金属基材。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种水性热固型醚类FEVE氟涂料，至少包括以下重量份数的组分：成膜物质40～80份、溶剂5～20份、功能助剂1～5份、成膜助剂1～5份；其中所述成膜物质由固含量为45％以上的水性醚类FEVE氟碳树脂、氨基树脂和水性封闭异氰酸酯固化剂组成，并且所述成膜物质中的氟含量不低于16％，所述溶剂为去离子水。
本发明所述的醚类FEVE氟涂料通过上述方案，一方面能够实现高温固化，二方面能够水性化，从而使该水性热固型醚类FEVE氟涂料能够应用于铝金属基材作为表面涂层，并具有优异的耐化学品、耐候性能、耐盐雾各项性能，VOCs含量低，且制备简单、安全健康，使用过程中节能降耗、绿色环保，因而具有广泛的应用前景。
进一步地，所述水性醚类FEVE氟碳树脂是由含有羟基的三氟氯乙烯树脂单体制得，树脂羟值50～100mgKOH/g，氟含量23～25％。
进一步地，所述成膜助溶剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、醇酯-12中的至少一种。
进一步地，所述功能助剂为防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、增稠流变剂、防霉剂、杀菌剂、防冻剂、pH调节剂。
进一步地，所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料还包括颜填料10～30份。
更进一步地，所述颜填料为金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑、珠光粉、水性铝粉的至少一种，其粒径小于20微米。
第二方面，本发明还提供了一种水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，包括：
S1.按照上述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的重量份数和组分进行配料；
S2.先加入去离子水和防冻剂，之后在搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂和润湿剂，分散均匀，得到混合物；
S3.在研磨后的混合物中加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯和/或氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀；
而且，当步骤S1配料中包括颜填料时，所述颜填料在步骤S2加入去离子水、防冻剂和成膜助剂之后，在搅拌状态下加入；若所述颜填料包含金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑中的一种时，则在步骤S2之后和S3之前执行步骤S4.对混合物进行研磨，将含有的颜填料粒径研磨至小于20微米。
第三方面，本发明还提供了一种铝金属基材，该铝金属基材应用于上述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料。
上述第二方面、第三方面和第二和三方面的各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。
附图说明
图1是本发明所述水性热固型醚类FEVE氟涂料的流程示意图；
图2-图4是本发明实施例4金属基材上的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层的检测报告。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的水性热固型醚类FEVE氟涂料，至少包括以下重量份数的组分：成膜物质40～80份、溶剂5～20份、功能助剂1～5份、成膜助剂1～5份；其中所述成膜物质由固含量为45％以上的水性醚类FEVE氟碳树脂、氨基树脂和水性封闭异氰酸酯固化剂组成，并且所述成膜物质中的氟含量不低于16％，所述溶剂为去离子水。
在一种可能实现的方案中，本发明所述水性热固型醚类FEVE氟涂料的水性醚类FEVE氟碳树脂是由含有羟基的三氟氯乙烯树脂单体制得，树脂羟值50～100mgKOH/g，氟含量23～25％；所述成膜助溶剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、醇酯-12中的至少一种；所述功能助剂为防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、增稠流变剂、防霉剂、杀菌剂、防冻剂、pH调节剂。
如图1所示，本发明所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1.按照上述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的重量份数和组分进行配料；
步骤S2.先加入去离子水和防冻剂，之后在搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂和润湿剂，分散均匀，得到混合物；
步骤S3.在研磨后的混合物中加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯和/或氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀。
考虑到水性树脂合成过程中采用的单体和部分其他成分可能不耐高温烘烤，容易变色或者产品性能达不到相关检测要求，故而很难实现水性醚类FEVE氟碳涂料的高温固化。本发明所述水性热固型醚类FEVE氟涂料通过采用固含量为45％以上的水性醚类FEVE氟碳树脂，以及同时以氨基树脂和水性封闭异氰酸酯固化剂作为交联剂配合协同作用(由于氨基树脂价格便宜，其交联形成的漆膜硬度高，耐温性好，但韧性不足，耐化学性能稍差；而异氰酸酯固化交联形成的漆膜韧性好，耐化学性能好，但是耐温性稍差，易变色，价格贵。本申请通过两者协调使用可以很好的解决涂层单一性能不足问题，同时兼顾性价比，再与合理比例的水性醚类FEVE氟碳树脂使用，达到最佳性能效果。)，实现了能够在160℃～190℃下高温固化(与固化温度为230℃的PVDF氟碳涂料相比，极大的降低了生产能耗)，而且水性热固型醚类FEVE氟涂料涂层的耐化学品、耐候性能、耐盐雾各项性能优异，VOCs含量低，符合《热熔型氟树脂(PVDF)涂料》行业标准(HG/T3793-2019)、《建筑装饰用铝单板》国家标准(GB/T 23443-2009)以及《铝合金建筑型材第5部分：喷漆型材》国家标准(GB/T 5237.5-2017)的要求；相较于PVDF氟碳涂料涂层，本发明水性醚类FEVE氟涂料涂层还具有以下优势：
1、本发明水性醚类FEVE涂层具有更好的通透性和光泽范围，颜色更丰富饱满；
2、涂层附着力更加优异，同时也可实现重涂；
3、涂层硬度高，抗划伤性能明显优于PVDF涂料；
4、PVDF涂料在高温条件下漆膜会变软，不宜在高温条件下使用，而醚类FEVE氟碳涂料耐热性更好，更利于在较高温度环境下使用；
5、本发明不依赖有机溶剂参与树脂的溶解和成膜，直接采用水作为主体分散介质，极大降低了涂料在生产和使用过程中的VOC排放(降低90％以上)。
在一种可能实现的方案中，本发明所述水性热固型醚类FEVE氟涂料还包括颜填料10～30份；所述颜填料为金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑、珠光粉、水性铝粉的至少一种，其粒径小于20微米。该水性热固型醚类FEVE氟涂料的制备方法如图1所示，包括上述步骤S1-S3，其中在步骤S1中包括按照重量份数对颜填料进行配料，在步骤S2加入去离子水、防冻剂和成膜助剂之后，在搅拌状态下加入颜填料；而且，若所述颜填料包含金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑、珠光粉中的一种时，则在步骤S2之后和S3之前执行步骤S4.对混合物进行研磨，将含有的颜填料粒径研磨至小于20微米，因为这些颜填料本身是粉体状，难以直接使用，而且材料本身自身团聚，未经研磨时颗粒较大，无法直接配成涂料，必须通过水和助剂分散均匀以后采用研磨机研磨至规定粒径，保证了涂层表面平整度，避免因颜填料粒径过大将使得漆膜表面粗糙，空隙多，无法达到很好的保护和装饰效果。
下面通过实施例和对比例对本发明所述水性热固型醚类FEVE氟涂料、制备方法做进一步说明。
实施例1
本实施例所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的组成为：固含量为45％的水性醚类FEVE氟碳树脂45份、固含量为35％的水性封闭型异氰酸酯5份、氨基树脂4份、金红石型钛白粉20份、沉淀硫酸钡5份、防冻剂1份、二丙二醇甲醚2份、去离子水16份、防沉流变剂0.2份、消泡剂0.3份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.6份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、pH调节剂0.2份；该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在缸内计量加入去离子水、防冻剂和二丙二醇甲醚，搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、金红石型钛白粉和沉淀硫酸钡，高速分散均匀；
(2)用砂磨机研磨至细度小于20微米；
(3)加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯、氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀，即得。
实施例2
本实施例所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的组成为：固含量为45％的水性醚类FEVE氟碳树脂57份、固含量为35％的水性封闭型异氰酸酯5份、氨基树脂4份、水性铝粉10份、防冻剂1份、二丙二醇甲醚2.5份、去离子水18份、防沉流变剂0.5份、消泡剂0.5份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.6份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、pH调节剂0.2份；该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在缸内计量加入去离子水、防冻剂和二丙二醇甲醚，搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、水性铝粉，缓慢分散均匀；
(2)加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯、氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀，即得。
实施例3
本实施例所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的组成为：固含量为45％的水性醚类FEVE氟碳树脂65份、固含量为35％的水性封闭型异氰酸酯5份、氨基树脂5份、防冻剂1份、二丙二醇甲醚3份、去离子水18份、防沉流变剂0.8份、消泡剂0.5份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.8份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、pH调节剂0.2份；该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在缸内计量加入去离子水、防冻剂和二丙二醇甲醚，搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂、润湿剂，缓慢分散均匀；
(2)加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯、氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀，即得。
实施例4
本实施例将实施例1的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上，具体施工工艺如下(两涂工艺)：
将铝金属基材采用除油铬化处理后，喷涂水性氟碳底漆，待底漆表干以后，用去离子水将实施例1制备所得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料稀释至25-35S/涂-4杯，用喷枪喷涂在底漆上，待涂层表干后，经过180℃条件下烘烤12-15分钟，即可固化成膜，涂层总厚度35-45um。
将铝金属基材上固化有实施例1所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，具体按照《热熔型氟树脂(PVDF)涂料》行业标准(HG/T3793-2019)、《建筑装饰用铝单板》国家标准(GB/T 23443-2009)以及《铝合金建筑型材第5部分：喷漆型材》国家标准(GB/T 5237.5-2017)规定的测试方法进行以下测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≥200次；
铅笔硬度≥H；
耐冲击性(50kg.cm)通过；
沸水附着力≤0级；
耐硝酸性(30min)，色差△E≤2.0；
耐盐酸性(15min)，无变化；
耐湿热性4000h，无生锈、无起泡等现象；
耐盐雾性4000h划线处破坏等级10级，无划线处破坏等级10级；
耐人工气候老化性4000h，保光率≥90％，色差值≤0.5，失光1级，变色0级，粉化0级，无锈蚀、无开裂、无起泡、无脱落现象；具体见图2至图4的检测报告。
实施例5
本实施例将实施例2的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上，具体施工工艺如下(两涂工艺)：
将铝金属基材采用除油铬化处理后，喷涂水性氟碳底漆，待底漆表干以后，用去离子水将实施例2制备所得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料稀释至25-35S/涂-4杯，用喷枪喷涂在底漆上，待涂层表干后，经过180℃条件下烘烤12-15分钟，即可固化成膜，涂层总厚度35-45um。
将铝金属基材上固化有实施例2所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，采用与实施例4相同的方法进行测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≥200次；
铅笔硬度≥H；
耐冲击性(50kg.cm)通过；
沸水附着力≤0级；
耐硝酸性(30min)，色差△E≤2.0；
耐盐酸性(15min)，无变化；
耐湿热性4000h，无生锈、无起泡等现象；
耐盐雾性4000h划线处破坏等级10级，无划线处破坏等级10级；
耐人工气候老化性4000h，保光率≥90％，色差值≤0.5，失光1级，变色0级，粉化0级，无锈蚀、无开裂、无起泡、无脱落现象。
实施例6
本实施例将实施例3的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上，具体施工工艺如下(三涂工艺)：
将铝金属基材采用除油铬化处理后，喷涂水性氟碳底漆，待底漆表干以后，用去离子水将实施例3制备所得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料稀释至25-35S/涂-4杯，用喷枪喷涂在底漆上，待涂层表干后再喷涂用去离子水将实施例3制备所得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，经过180℃条件下烘烤12-15分钟，即可固化成膜，涂层总厚度45-55um。
将铝金属基材上固化有实施例3所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，采用与实施例4相同的方法进行测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≥200次；
铅笔硬度≥H；
耐冲击性(50kg.cm)通过；
沸水附着力≤0级；
耐硝酸性(30min)，色差△E≤2.0；
耐盐酸性(15min)，无变化；
耐湿热性4000h，无生锈、无起泡等现象；
耐盐雾性4000h划线处破坏等级10级，无划线处破坏等级10级；
耐人工气候老化性4000h，保光率≥90％，色差值≤0.5，失光1级，变色0级，粉化0级，无锈蚀、无开裂、无起泡、无脱落现象。
对比例1
本对比例所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料与实施例1的区别在于：成膜物质为水性醚类热固型FEVE树脂和氨基树脂，该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法与实施例1相同，按照与实施例4相同的施工工艺将该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上。
将铝金属基材上固化有对比例1所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，采用与实施例4相同的方法进行测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≤150次；
铅笔硬度≥H；
耐冲击性(50kg.cm)出现裂纹；
沸水附着力1级；
耐硝酸性(30min)，色差△E≤2.0；
耐盐酸性(15min)，无变化；
可见，对比例1获得的漆膜(水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层)附着力与抗冲击性能较差，漆膜耐溶剂性能不足，难以满足应用要求。
对比例2
本对比例所制得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料与实施例1的区别在于：成膜物质为水性醚类热固型FEVE树脂和水性封闭型异氰酸酯，该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法与实施例1相同，按照与实施例4相同的施工工艺将该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上。
将铝金属基材上固化有对比例2所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，采用与实施例4相同的方法进行测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≥200次；
铅笔硬度≤F；
耐冲击性(50kg.cm)通过；
沸水附着力0级；
耐硝酸性(30min)，色差△E≤2.0；
耐盐酸性(15min)，无变化；
可见，对比例2获得的漆膜铅笔硬度较差，难以满足应用要求。
对比例3
本对比例所制得的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料与实施例1的区别在于：成膜物质中水性醚类热固型FEVE树脂用量降至35份和水性封闭异氰酸酯降至3份，氨基树脂降至3份，金红石型钛白粉用提高至30份，沉淀硫酸钡8份，其它组分用量与实施例1相同；该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法与实施例1相同，按照与实施例4相同的施工工艺将该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用在铝金属基材上。
将铝金属基材上固化有对比例3所述水性热固型醚类FEVE氟碳涂料涂层进行相关性能测试，采用与实施例4相同的方法进行测试，测试结果如下：
耐溶剂擦拭(丁酮)，≥200次；
铅笔硬度≥H；
耐冲击性(50kg.cm)出现裂纹；
沸水附着力1级；
耐硝酸性(30min)，色差△E＝3.8；
耐盐酸性(15min)，轻微发白；
可见，对比例3获得的漆膜沸水附着力、耐冲击性、耐化学品性能明显下降，难以满足应用要求。
综上，本发明的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料应用于铝金属基材涂层时，具有优异的耐化学品、耐候性能、耐盐雾等各项性能，并且制备简单、安全健康，同时在国家倡导“绿色环保、节能减排”的大环境下，水性热固型醚类FEVE氟碳涂料将具有更广阔的应用和发展前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水性热固型醚类FEVE氟涂料，其特征在于，至少包括以下重量份数的组分：成膜物质40～80份、溶剂5～20份、功能助剂1～5份、成膜助剂1～5份；其中所述成膜物质由固含量为45％以上的水性醚类FEVE氟碳树脂、氨基树脂和水性封闭异氰酸酯固化剂组成，并且所述成膜物质中的氟含量不低于16％，所述溶剂为去离子水。
2.根据权利要求1所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，其特征在于，所述水性醚类FEVE氟碳树脂是由含有羟基的三氟氯乙烯树脂单体制得，树脂羟值50～100mgKOH/g，氟含量23～25％。
3.根据权利要求1或2所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，其特征在于，所述成膜助溶剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、醇酯-12中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，其特征在于，所述功能助剂为防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、增稠流变剂、防霉剂、杀菌剂、防冻剂、pH调节剂。
5.根据权利要求1或2所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，其特征在于，该水性热固型醚类FEVE氟碳涂料还包括颜填料10～30份。
6.根据权利要求5所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料，其特征在于，所述颜填料为金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑、珠光粉、水性铝粉的至少一种，其粒径小于20微米。
7.一种水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的制备方法，其特征在于，包括：
S1.按照上述权利要求1至6中任一所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料的重量份数和组分进行配料；
S2.先加入去离子水、防冻剂和成膜助剂，之后在搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂和润湿剂，分散均匀，得到混合物；
S3.在混合物中加入水性醚类FEVE氟碳树脂和水性封闭型异氰酸酯和/或氨基树脂、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、pH调节剂混合均匀；
而且，当步骤S1配料中包括颜填料时，所述颜填料在步骤S2加入去离子水、防冻剂和成膜助剂之后，在搅拌状态下加入；若所述颜填料包含金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、铜铬黑中的一种时，则在步骤S2之后和S3之前执行步骤S4.对混合物进行研磨，将含有的颜填料粒径研磨至小于20微米。
8.一种铝金属基材，其特征在于，该铝金属基材应用于权利要求1～7任意一项所述的水性热固型醚类FEVE氟碳涂料。
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| GR01 | Patent grant | ||
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