CN1861709A - 水性氟碳乳胶涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性氟碳乳胶涂料及其制备方法。其组份质量百分比为：氟乳液30.00～75.00％、成膜助剂1.00～5.00％、分散剂0.10～2.00％、pH调节剂0.10～1.00％、消泡剂0.01～1.00％、罐内防腐剂0.01～0.50％、漆膜防霉剂0.01～0.50％、填料0.00～20.00％、颜料1.00～20.00％、增稠剂0.10～5.00％、其余为水。先在配料罐中加入水，于搅拌下加入分散剂、消泡剂、罐内防腐剂、漆膜防霉剂，再加入pH调节剂，再加入填料、颜料，充分混合均匀后，将物料抽入研磨机中研磨，再加入氟乳液，之后再缓慢匀速加入成膜助剂，加入颜料浆调色，再加增稠剂，过滤后得到成品。本发明的有益效果是，通过采用水乳型氟碳乳液作粘结剂，制备了水性、单组分、自干型符合环保要求的氟碳乳胶涂料，在赋予涂膜优异的耐候性和耐沾污性等性能的前提下，彻底解决了环境污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工产品及其制备方法，尤其是一种水性氟碳乳胶涂料及其制备方法。
背景技术
21世纪初当室温固化氟碳涂料在我国开始应用于不同领域时，其涂料为溶剂型、双组分，尽管涂料性能优异，但由于溶剂的挥发污染环境，对人体造成伤害且施工不便。另外，由于氟乳液聚合物的特殊性，溶剂可溶物氟含量高会使乳液显示出极大的非极性和低表面张力且乳液的PH随贮存时间的延长而下降，表现在与颜(填)料的润湿性、与成膜助剂的相容性、与增稠剂的相适应性、与底材的附着性均变差，配制难度加大，如配制不当，涂料稳定性下降。
国外对氟涂料的开发起源于20世纪60年氏，1964年美国Penwat公司成功开发了聚偏二氟乙烯树酯(PVDF)为基料的溶剂型氟碳涂料，1982年日本旭硝子公司开发出溶剂可溶解的涂料用树酯(Lumiflon)，使原来溶剂型涂料从高温烘烤成膜改进为常温固化成膜，这是氟碳涂料工业的又一次突破，该种涂料为双组分，含大量有机溶剂(有的高达50％)，在生产和施工中污染环境，危害人体健康，施工不方便，贮存和运输均不安全。随着人们对环境的重视和环保执法力度的加强，溶剂型涂料的使用受到一定的限制。因此，国外在常温固化氟涂料问世不久又将研究工作转移到水性氟涂料的研究开发上，时至90年代，专利文献报道特别多，主要研究工作集中在日本，其次为美国和欧洲，国内水性氟涂料的研究起步较晚。据了解，2000年大连明辰振邦公司采用后乳化法在制得溶剂型氟树酯后，加入乳化剂和水制备氟树酯乳液，再与颜填料浆配制成水乳化型氟涂料，该涂料在施工时加入固化剂室温交联成膜，2003年已申请专利。对于水乳胶型氟涂料来说，由于开发的技术难度大，近年来工作进展不大。据资料介绍，2002年上海大学、大连振邦、湖南大学等均有开展水性氟碳乳胶涂料用乳液的报道，但至今无产品问世；哈尔滨雪佳、上海一宁建筑材料有限公司有商业化产品，但经使用后发现乳液中氟含量低，乳液稳定性差，乳胶膜不透明，以该乳液配制的涂料光泽低，经天然曝晒布耐候性不佳。为适应国内建筑涂料市场日益发展的而要，研制出符合环保要求且耐候性能优异的水性氟碳乳胶涂料是非常及时和必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种符合环保要求、耐候性和耐沾污性优异、施工方便且具有较高性价比的水性氟碳乳胶涂料及该水性氟碳乳胶涂料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水性氟碳乳胶涂料，其组份质量百分比为：氟乳液30.00～75.00％、成膜助剂1.00～5.00％、分散剂0.10～2.00％、PH调节剂0.10～1.00％、消泡剂0.01～1.00％、罐内防腐剂0.01～0.50％、漆膜防霉剂0.01～0.50％、填料0.00～20.00％、颜料1.00～20.00％、增稠剂0.10～5.00％、其余为水。
具体地讲：所述氟乳液为偏二氟乙烯和丙烯酸酯的共聚物乳液；所述成膜助剂为二元酸二甲基酯、二元酸二异丁基酯、1，2-丙二醇的一种或一种以上的组合；所述分散剂为丙烯酸聚合体、高分子嵌段聚合体、疏水型特殊聚羧酸盐的一种或一种以上的组合；所述PH调节剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇的一种或一种以上的组合；所述消泡剂为矿物油类消泡剂；所述罐内防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物；漆膜防霉剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、尿素衍生物的混合物；所述填料为硫酸钡、碳酸钙的一种或一种以上的组合；所述颜料为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的一种或一种以上的组合；所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型聚合物。
上述水性氟碳乳胶涂料的制备方法为：先在配料罐中加入水，于搅拌下加入分散剂、消泡剂、罐内防腐剂、漆膜防霉剂，再加入PH调节剂，调节混合浆液PH值为8.0～9.0，再加入颜料、填料，充分混合均匀后，将物料抽入研磨机中研磨，当浆料细度≤50μm，再加入氟乳液，之后再缓慢匀速加入成膜助剂，再搅拌10-30分钟，加入颜料浆调色(按客户要求)，再加增稠剂，过滤后得到成品。
本发明的有益效果是，通过采用水乳型氟碳乳液作粘结剂，制备了水性、单组分、自干型符合环保要求的氟碳乳胶涂料，在保证涂料性能的前提下，彻底解决了环境污染问题。涂料配方中采用的聚合物乳液含有大量最高键能的C-F键，且溶剂可溶物氟含量高，赋予涂膜优异的耐候性、耐沾污性、保光保色性、耐水耐碱性和耐洗刷性等性能。涂料配制时选用各种优质颜料及助剂，涂膜具有干燥快、光泽适中、均匀平整、施工方便、无溶剂气味、使用安全、无毒等特点。
具体实施方式
表1为加入的组成物及其配比(质量百分比)。
表1
| 组分名称 | 配方量(％) | 组分名称 | 配方量(％) |
| 氟乳液 | 30.00～75.00 | 罐内防腐剂 | 0.01～0.50 |
| 成膜助剂 | 1.00～5.00 | 漆膜防霉剂 | 0.01～0.50 |
| 分散剂 | 0.10～2.00 | 填料 | 0.00～20.0 |
| PH调节剂 | 0.10～1.00 | 颜料 | 1.00～20.0 |
| 消泡剂 | 0.01～1.00 | 增稠剂 | 0.10～5.00 |
| 其余为水 | |||
表1中除水外其它组分可根据实际需要选择合适的原料或是多种原料的组合。如颜填料可为二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙一种或一种以上的混合物；再如颜料可为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的一种或一种以上的组合。再如涂料助剂包括多元酸酯类成膜助剂、高分子嵌段共聚体分散剂、非离子聚氨酯缔合型增稠剂、矿物油类消泡剂和含异噻唑啉基团的罐内防腐剂和漆膜防霉剂。
本发明中涉及的一些原材料产品编号对应的货源情况如表2所示：
表2
| 原料名称 | 产品编号 | 货源 | |
| 氟乳液 | 偏二氟乙烯和丙烯酸酯的共聚物乳液 | SE-350 | 大金公司 |
| 成膜助剂 | 二元酸二甲酯 | DME | 首诺公司 |
| 二元酸二异丁基酯 | DBE | 杜邦公司 | |
| 1，2-丙二醇 | 伊士曼公司 | ||
| 分散剂 | 丙烯酸聚合体 | BYK-154 | BYK公司 |
| 高分子嵌段聚合体 | BYK-190 | BYK公司 | |
| 疏水型特殊聚羧酸盐 | SN-5027 | 诺普科公司 | |
| 增稠剂 | 非离子聚氨酯缔合型聚合物 | RM-8W | R&H公司 |
| 原料名称 | 产品编号 | 货源 | |
| 非离子聚氨酯缔合型聚合物 | RM-2020 | R&H公司 | |
| 非离子聚氨酯缔合型聚合物 | UH-420 | 旭电化公司 | |
| 非离子聚氨酯缔合型聚合物 | UH-450 | 旭电化公司 | |
| 非离子聚氨酯缔合型聚合物 | UH-752 | 旭电化公司 | |
| 消泡剂 | 矿物油类 | 681F | 罗地亚公司 |
| 疏水性成分及矿物油含硅 | BYK-034 | BYK公司 | |
| 罐内防腐剂 | 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物 | LH-2 | 西安岚皓助剂厂 |
| 漆膜防霉剂 | 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑及尿素衍生物的混合物 | EPW | 索尔化工公司 |
| PH调节剂 | 氨水 | 氨水 | 市售 |
| 2-氨基-2-甲基-1-丙醇 | AMP-95 | 陶氏化学公司 | |
| 颜料 | 二氧化钛(金红石型钛白粉) | RCL-595，CR-97等 | 美礼联公司 |
| 氧化铁红 | 氧化铁红浆 | 阿沃德公司 | |
| 氧化铁黄 | 氧化铁黄浆 | 阿沃德公司 | |
| 碳黑 | 碳黑浆 | 阿沃德公司 | |
| 其它高耐候性有机颜料浆 | 市售 | ||
| 填料 | 硫酸钡 | 沉淀硫酸钡 | 市售 |
| 碳酸钙 | 重体碳酸钙 | 市售 | |
下面通过具体实施例加以说明，如下面表3所示，但本发明并不局限于下述优选实施例。
表3
| 原料名称 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 水 /g | 33.00 | 101.0 | 137.0 | 136.5 | 136.5 | 36.0 | 125.5 | |
| SE-350乳液 /g | 700.0 | 550.0 | 400.0 | 400.0 | 400.0 | 700.0 | 400.0 | |
| 颜料 | 进口金红石型钛白粉 /g | 160.0 | 250.0 | 360.0 | 180.0 | 180.0 | 133.0 | 340.0 |
| 氧化铁黄浆 /g | 30.0 | 40.0 | ||||||
| 氧化铁红浆 /g | 5.00 | 6.00 | ||||||
| 填料 | 沉淀硫酸钡 /g | 180.0 | ||||||
| 重体碳酸钙 /g | 180.0 | |||||||
| 助剂 | 分散剂 /g | 10.00 | 12.00 | 13.00 | 13.00 | 13.00 | 10.00 | 13.00 |
| PH调节剂 /g | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 4.00 | 5.00 | |
| 消泡剂 /g | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.50 | 1.50 | 1.00 | 1.50 | |
| 罐内防腐剂 /g | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
| 漆膜防霉剂 /g | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
| 成膜助剂 /g | 50.0 | 45.0 | 33.00 | 33.00 | 33.00 | 50.00 | 33.00 | |
| 增稠剂 /g | 40.00 | 35.00 | 50.00 | 50.00 | 50.00 | 30.00 | 35.00 | |
| 合计 /g | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | |
实施例1：
按表3所列的原料名称及配比将水33.00g加入配料罐中，于搅拌下分别加入分散剂10.00g、消泡剂1.00g、罐内防腐剂0.50g、漆膜防霉剂0.50g，搅拌均匀后，加入PH调节剂5.00g调节体系PH值，使PH值达到8.0～9.0范围后，加入进口金红石型钛白粉，充分混合均匀后将物料抽入砂磨机中研磨，当浆料细度≤50μm，再加入SE-350乳液700.0g，于搅拌下缓慢匀速加入成膜助剂50.00g，按涂料粘度要求加入增稠剂40.00g，当产品达到标准后用80～100目丝网过滤包装，得到成品。
实施例2～7：
采用和实施例1同样的方法制备水性氟碳乳胶涂料，实施例2～7所用的原料名称和配比如表3所示。
实施例1～7所用水性氟碳乳液的固体含量为40～50％，溶剂可溶物氟含量为40％。
依据实施例1～7制得的水性氟碳乳胶涂料主要性能检验结果如表4所示：
表4
| 检验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 |
| 涂漠外观 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
| 干燥时间(表干)，h | ≤2 | ≤2 | ≤2 | ≤2 | ≤2 | ≤2 | ≤2 |
| 对比率(白色和浅色) | 0.94 | 0.94 | 0.95 | 0.94 | 0.94 | 0.94 | 0.95 |
| 耐水性，144h | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
| 耐碱性，120h | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
| 耐洗刷性，次 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 |
| 低温稳定性 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 |
| 涂层耐温变性(5次循环) | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
| 耐沾污性(白色和浅色)，％ | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 2 | 3 |
| 人工气候老化，2000h | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 |
| 检验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 天然曝晒20个月(江苏常州地区) | 变色，级 | 1 | 1 | 1 | 1～2 | 1～2 | 1～2 | 1～2 |
| 粉化，级 | 0～1 | 0～1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 沾污，级 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
以下再列举对比例1～7，如表5所示：
表5
| 原料名称 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 | |
| 水 /g | 79.00 | 143.50 | 143.50 | 113.00 | 115.00 | 115.00 | 生产厂商提供后乳化型双组分涂料样品 | |
| S·B-200氟碳乳液 /g | 680.00 | 532.00 | 532.00 | |||||
| A-601氟硅乳液 /g | 630.00 | 530.00 | 530.00 | |||||
| 进口金红石型钛白粉 /g | 160.00 | 250.00 | 215.00 | 160.00 | 270.00 | 223.00 | ||
| 煅烧高岭土 /g | 15.00 | 20.00 | ||||||
| 重体碳酸钙 /g | 15.00 | 20.00 | ||||||
| 超细二氧化硅 /g | 5.00 | 7.00 | ||||||
| 助剂 | 分散剂 /g | 6.00 | 9.00 | 9.00 | 6.00 | 8.00 | 8.00 | |
| PH调节剂 /g | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.50 | 3.50 | 3.50 | ||
| 消泡剂 /g | 1.00 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 2.00 | 2.00 | ||
| 罐内防腐剂 /g | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | ||
| 漆膜防霉剂 /g | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | ||
| 苯甲醇成膜助剂/g | 60.00 | 50.00 | 50.00 | 70.00 | 62.00 | 62.00 | ||
| 增稠剂 /g | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 15.00 | 8.00 | 8.00 | ||
| 合计 /g | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | ||
对比例1～3所用氟乳液的固体含量为45～49％，溶剂可溶物氟含量为12％，对比例4～6所用氟乳液的固体含量为49～53％，溶剂可溶物氟含量＜1％。
对比例1～6用和前述的实施例1同样的方法制备现有S·B-200氟碳乳液和A-601氟硅乳液配制的水性氟碳涂料(对比例1～6)，用到的具体原料和配比如表5所示，其涂膜主要性能检验结果如表6所示。
由生产厂商提供的对比例7是由溶剂型氟树脂经后乳化而形成的水乳型双组分氟涂料，其天然曝晒(江苏常州地区)检验结果如表6所示。
表6
| 检验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 涂漠外观 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | |
| 干燥时间(表干)，h | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | |
| 对比率(白色和浅色) | 0.93 | 0.95 | 0.95 | 0.93 | 0.95 | 0.94 | 0.93 | |
| 耐水性，144h | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | |
| 耐碱性，120h | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | |
| 耐洗刷性，次 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | |
| 低温稳定性 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | |
| 涂层耐温变性(5次循环) | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | |
| 耐沾污性(白色和浅色)，％ | 5 | 3 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5.8 | |
| 人工气候老化，1500h | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | |
| 天然曝晒20个月(江苏常州地区) | 变色，级 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 9个月满板开裂、脱落 |
| 粉化，级 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | ||
| 沾污，级 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | ||
从表4和表6的水性氟碳乳胶涂料的主要涂膜性能检验的对比结果可见，本发明所述的水性氟碳乳胶涂料(实施例1～7)耐沾污性、人工老化性及天然曝晒性能优于现有技术提供的水性氟碳涂料(对比例1～7)性能。另外，本发明提供的水性氟碳乳胶涂料按HBC12-2002水性涂料环境标志产品论证技术要求，确认为环保型的绿色产品。
尽管结合优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，应该理解，在本明构思的引导下，本领域技术人员可进行各种修改和改进。
Claims (10)
1.一种水性氟碳乳胶涂料，其特征是组份质量百分比为：氟乳液30.00～75.00％、成膜助剂1.00～5.00％、分散剂0.10～2.00％、PH调节剂0.10～1.00％、消泡剂0.01～1.00％、罐内防腐剂0.01～0.50％、漆膜防霉剂0.01～0.50％、填料0.00～20.00％、颜料1.00～20.00％、增稠剂0.10～5.00％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述氟乳液为偏二氟乙烯和丙烯酸酯的共聚物乳液。
3.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述成膜助剂为二元酸二甲基、二元酸二异丁基酯、1，2-丙二醇的一种或一种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述分散剂为丙烯酸聚合体、高分子嵌段聚合体、疏水型特殊聚羧酸盐的一种或一种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述罐内防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物。
6.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述漆膜防霉剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、尿素衍生物的混合物。
7.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述填料为硫酸钡、碳酸钙的一种或一种以上组合。
8.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述颜料为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的一种或一种以上的组合。
9.根据权利要求1所述的水性氟碳乳胶涂料，其特征是：所述PH调节剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇的一种或一种以上的组合；所述消泡剂为矿物油类消泡剂；所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型聚合物。
10.一种水性氟碳乳胶涂料的制备方法，其特征是：先在配料罐中加入水，于搅拌下加入分散剂、消泡剂、罐内防腐剂、漆膜防霉剂，再加入PH调节剂，调节混合浆液PH值为8.0～9.0，再加入填料、颜料，充分混合均匀后，将物料抽入研磨机中研磨，当浆料细度≤50μm，再加入氟乳液，之后再缓慢匀速加入成膜助剂，再搅拌10-30分钟，加入颜料浆调色，再加增稠剂，过滤后得到成品。
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