CN107266994A - 一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，包括以下重量百分含量的组分：纳米钛溶胶1～15％、纳米铝溶胶1～5％，水性聚氨酯0.1～10％、水性丙烯酸类乳液0.1～10％、水性有机硅类耐刮擦助剂0.1～5％、乙酸乙烯酯‑乙烯共聚乳液3～15％、聚乙烯醇1～12％、润湿剂0.1～2％、乳化剂1～10％、去离子水65～90％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。本发明提供的防雾防水滴涂料具有耐刮擦效果明显、防雾防水滴性能好的特点，且不含有机溶剂，具有纯水性，无毒，环保的优点，用本发明涂覆的棚膜在扣棚使用二年后，棚膜涂覆层刮擦现象明显减少，防雾防水滴性能与初期使用没有明显变化。
Description
技术领域
本发明涉及聚烯烃棚膜防雾、防水滴技术领域，尤其涉及一种聚烯烃棚膜用水性耐刮擦防雾防水滴涂料、制备方法及其应用。
背景技术
涂覆型聚烯烃防雾、防水滴棚膜具有透明好、防雾、防水滴效果好，持效性长的突出优点，主要用于越冬温室的覆盖。在许多地区温室大棚种植已经成为农民增收致富的主要手段，每个农民家庭都有二到三个温室大棚的种植管理，农民对棚膜产品的功能性要求不仅是强度高、防雾、防水滴、防老化性能好等特点，更希望出现具有防雾、防水滴功能与棚膜同寿命的聚烯烃棚膜，可保证作物在整个生长周期内不受雾滴危害，以达到延长防雾滴持效期，满足作物生长需要的目的。
涂覆型聚烯烃棚膜中使用的防雾滴涂液多采用纳米铝溶胶及丙烯酸乳液为主要成份的涂覆液，由于涂覆层在上棚及使用过程中因拖拉、摩擦以及室外大风等不可避免外力会造成涂覆层的破坏，在使用过程中表现为防雾防滴性的失效。
为了解决上述问题，主要采用二次喷涂防雾防水涂料的方法，但是存在费工费力，而且需要经常性操作的问题。刮擦特别严重的情况下，农民只有更换棚膜。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，在保证聚烯烃棚膜具有防雾、防水滴等功能的前提下，克服聚烯烃棚膜涂层表面不耐刮擦的缺点，延长涂覆型聚烯烃防雾、防水滴膜的使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，包括以下重量百分含量的组分：
纳米钛溶胶1～15％、纳米铝溶胶1～5％，水性聚氨酯0.1～10％、水性丙烯酸类乳液0.1～10％、水性有机硅类耐刮擦助剂0.1～5％、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液3～15％、聚乙烯醇1～12％、润湿剂0.1～2％、乳化剂1～10％、去离子水65～90％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。
优选地，所述水性聚氨酯的固含量为5～30wt％。
优选地，所述纳米铝溶胶和纳米钛溶胶的粒径独立地为5～60nm。
优选地，所述纳米铝溶胶中无机物的质量含量为10～20％。
优选地，所述纳米钛溶胶中无机物的质量含量为5～20％。
优选地，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～1800。
优选地，所述润湿剂包括聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性氟碳化合物和聚氧乙烯醚中一种或几种的混合物。
优选地，所述水性丙烯酸类乳液包括纯丙烯酸乳液和/或醋丙乳液中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了上述技术方案所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料在聚烯烃棚膜中的应用。
优选地，所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料在聚烯烃棚膜中的涂覆量为0.1～10g/m2。
本发明提供了一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，包括以下重量百分含量的组分：纳米钛溶胶1～15％、纳米铝溶胶1～5％，水性聚氨酯0.1～10％、水性丙烯酸类乳液0.1～10％、水性有机硅类耐刮擦助剂0.1～5％、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液3～15％、聚乙烯醇1～12％、润湿剂0.1～2％、乳化剂1～10％、去离子水65～90％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。本发明中，水性有机硅类耐刮擦助剂可以降低涂料的摩擦系数，具有防粘连，提高抗磨损性能的作用，同时可增加涂料涂膜时的光泽，不影响涂膜的透明度；聚乙烯醇分子链上含有大量的羟基，具有良好的水溶性，同时还具有良好的成膜性、粘结力和乳化性能；水性聚氨酯具有优异的耐磨损、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能。本发明提供的防雾防水滴涂料具有耐刮擦效果明显、防雾防水滴性能好的特点，且不含有机溶剂，具有纯水性，无毒，环保的优点。实验结果表明，用本发明涂液涂覆的棚膜在扣棚使用二年后，棚膜涂覆层刮擦现象明显减少，防雾防水滴性能与初期使用没有明显变化。
具体实施方式
本发明提供了一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，包括以下重量百分含量的组分：
纳米钛溶胶1～15％、纳米铝溶胶1～5％，水性聚氨酯0.1～10％、水性丙烯酸类乳液0.1～10％、水性有机硅类耐刮擦助剂0.1～5％、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液3～15％、聚乙烯醇1～12％、润湿剂0.1～2％、乳化剂1～10％、去离子水65～90％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括0.1～5wt％的水性有机硅类耐刮擦助剂，优选为0.1～1wt％，更优选为0.2～0.5wt％。本发明中，所述水性有机硅类耐刮擦助剂可以降低涂料的摩擦系数，具有防粘连，提高抗磨损性能的作用，同时可增加涂料涂膜时的光泽，不影响涂膜的透明度。本发明对所述水性有机硅类耐刮擦助剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，在本发明实施例中优选为美国道康宁公司的DC-5环保的水性有机硅防粘连耐刮擦助剂。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括0.1～10wt％的水性聚氨酯，优选为3～8wt％，更优选为5～7wt％。本发明中，所述水性聚氨酯具有优异的耐磨损、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能。在本发明中，所述水性聚氨酯的固含量优选为5～30wt％，更优选为10～25wt％，最优选为15～20wt％。在本发明中，所述水性聚氨酯的粒径小于1nm。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括1～12wt％的聚乙烯醇，优选为3～8wt％，更优选为5～7wt％。本发明中，所述聚乙烯醇分子链上含有大量的羟基，具有良好的水溶性，同时还具有良好的成膜性、粘结力和乳化性能。在本发明中，所述聚乙烯醇的平均聚合度优选为1700～1800，更优选为1750～1780。本发明对所述聚乙烯醇的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，在本发明实施例中优选为聚乙烯醇1899。
本发明提供的水性防尘涂料包括1～15wt％的纳米钛溶胶，优选为5～12wt％，更优选为8～10wt％。在本发明中，所述纳米钛溶胶中无机物的质量含量优选为5～20wt％，更优选为10～15wt％。在本发明中，所述纳米钛溶胶的粒径优选为5～60nm，更优选为10～50nm，最优选为20～30nm。本发明中，所述纳米钛溶胶能够增加涂料的耐磨性，且纳米钛溶胶具有很好的成膜性。
本发明提供的水性防尘涂料包括1～5wt％的纳米铝溶胶，优选为2～3wt％。在本发明中，所述纳米铝溶胶中无机物的质量含量优选为10～20wt％，更优选为15～18wt％。在本发明中，所述纳米铝溶胶的粒径优选为5～60nm，更优选为10～50nm，最优选为20～30nm。本发明中，所述纳米铝溶胶能够增加涂料的耐磨性，且纳米铝溶胶具有很好的成膜性。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括3～15wt％的乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，优选为5～10wt％，更优选为7～8wt％。在本发明中，所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的固含量优选为30～60wt％，更优选为40～55wt％，最优选为45～50wt％。本发明对所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，在本发明实施例中优选为北京东方化工公司的BJ-707乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括1～10wt％的乳化剂，优选为4～8wt％，更优选为5～7wt％。在本发明中，所述乳化剂优选包括吐温系列、脂肪醇聚氧乙烯醚系列、长链烷基三甲基氯化铵系列中一种或几种的混合物；当优选为两种时，优选为吐温系列和长链烷基三甲基氯化胺系列的混合物，更优选为吐温80和十六烷基三甲基氯化胺的混合物、吐温60与十二烷基三甲基氯化铵的混合物。本发明对所述乳化剂中各吐温系列、脂肪醇聚氧乙烯醚系列和长链烷基三甲基氯化铵系列的质量比没有限制，本领域技术人员可根据实际需要选择任意质量比的乳化剂的混合物。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括0.1～2wt％的润湿剂，优选为0.5～1.5wt％，更优选为0.8～1.2wt％。在本发明中，所述润湿剂优选包括聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性氟碳化合物和聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物；当优选为两种混合物时，优选为聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性氟碳化合物和聚氧乙烯醚中两种的混合物，更优选为聚醚改性聚有机硅氧烷和聚氧乙烯醚的混合物。本发明对所述润湿剂中各聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性氟碳化合物和聚氧乙烯醚的质量比没有限制，本领域技术人员可根据实际需要选择任意质量比的润湿剂的混合物。在本发明实施例中优选为杭州包尔得产有机硅有限公司BD-3071或天津赛菲化学科技发展有限公司涂易乐FS-660润湿剂。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括0.1～10wt％的水性丙烯酸乳液，优选为1～8wt％，更优选为2～6wt％。在本发明中，所述水性丙烯酸乳液的固含量优选为10～25wt％，更优选为15～25wt％，最优选为15～20wt％。在本发明中，所述水性丙烯酸类乳液优选包括纯丙烯酸乳液和/或醋丙乳液。当所述水性丙烯酸类乳液为纯丙烯酸乳液和醋丙乳液的混合物时，本发明对所述丙烯酸类乳液中纯丙烯酸乳液和醋丙乳液的质量比没有限制，本领域技术人员可根据实际需要选择任意质量比的水性丙烯酸类乳液的混合物。
本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料包括65～90wt％的去离子水，优选为70～85wt％，更优选为75～80wt％。在本发明中，所述去离子水的电导率优选为0.1～15μS/cm，更优选为0.5～10μS/cm，最优选为1～3μS/cm。
本发明对所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的组合物制备的技术方案即可。在本发明中，所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料的制备方法优选包括以下步骤：
将纳米钛溶胶、纳米铝溶胶、水性聚氨酯、水性丙烯酸乳液、水性耐刮擦擦助剂、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、聚乙烯醇、乳化剂、润湿剂、去离子水混合，得到水性耐刮擦防雾防水滴涂料。
在本发明中，所述混合的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，最优选为2～2.2h；所述混合的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃，最优选为50～52℃。
本发明对所述混合的方式以及设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本发明实施例中优选采用搅拌的方式进行混合，所述搅拌转速优选为200～600rpm，更优选为400～550rpm，最优选为500～520rpm。
本发明对所述各原料的加入顺序没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的加料顺序即可，在本发明实施例中，所述聚乙烯醇优选醇解后再加入，所述醇解的温度优选为80～100℃，更优选为85～95℃，最优选为90～95℃；所述醇解的时间优选为2～4h，更优选为3～3.5h。
本发明还提供了上述水性耐刮擦防雾防水滴涂料或上述制备方法制得的水性耐刮擦防雾防水滴涂料聚烯烃棚膜中的应用。在本发明中，所述聚烯烃棚膜优选经过电晕处理。本发明对所述应用的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的涂料的涂覆技术方案即可。本发明优选将所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料涂覆于所述聚烯烃棚膜表面，形成水性耐刮擦防雾防水滴涂层。在本发明中，所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料的涂覆量优选为0.1～10g/m2，更优选为1～4g/m2，最优选为2～3g/m2。
在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：
(1)制备聚烯烃基础膜；
(2)电晕处理：使膜表面张力达到40达因以上，更优选为50～60达因。本发明中，所述电晕处理有助于水性耐刮擦防雾防水滴涂料更容易附着于聚烯烃基础膜表面；
(3)在线涂覆:将所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料用去离子水稀释后，经电晕处理后的聚烯烃基础膜浸入稀释的水性耐刮擦防雾防水滴涂料中，将水性耐刮擦防雾防水滴涂料精密转印至待涂覆的聚烯烃棚膜表面，完成在线涂覆作业；在本发明中，所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料与去离子水的质量比优选为1：5～15，更优选为1：7～8；
(4)干燥：经过涂覆的聚烯烃膜干燥，所述干燥的温度优选为70～80℃，更优选为72～78℃。本发明中，所述干燥的温度不能过高，过高会使聚烯烃基础膜形成收缩龟裂纹，影响防雾、防水滴效果；也不能过低，过低则会使聚烯烃基础膜未能及时干燥而遭到破坏，在使用时易在被破坏涂层的地方形成聚滴现象；
(5)收卷。
下面结合实施例对本发明提供的水性耐刮擦防雾防水滴涂料及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
先将5g聚乙烯醇先用50g 90℃的热水溶解。10g纳米铝溶胶(固含量为10％，粒径为5nm)和10g纳米钛溶胶(固含量为20％，粒径为60nm)、3g水性聚氨酯(固含量为5％，粒径为0.5nm)、1g纯丙烯酸乳液(固含量为10％)、0.2g美国道康宁公司的DC-5环保的水性有机硅防粘连耐刮擦助剂、2g乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、1g聚醚有机改性硅氧烷、1g吐温80、1.5g十二烷基三甲基氯化铵、配制好的10g聚乙烯醇、70g去离子水在20℃以200rpm的速度搅拌1h，得到水性耐刮擦防雾防水滴涂料。
将得到的水性耐刮擦防雾防水滴涂料与去离子水1：8稀释，应用于制备聚烯烃棚膜，将制备好的聚烯烃基础膜进行电晕，浸入涂覆槽中，将水性耐刮擦防雾防水滴涂料精密转印至待涂覆的聚烯烃棚膜表面，完成在线涂覆作业。经过涂覆的聚烯烃膜导入烘干箱进行连续烘干收卷，烘干温度设定为70℃。即得到具有水性耐刮擦防雾防水滴聚烯烃棚膜，水性耐刮擦防雾防水滴涂料的涂覆量为3g/m2。
将制得的水性耐刮擦防雾防水滴聚烯烃棚膜应用于日光温室扣膜，扣膜二年后，聚烯烃棚膜涂层无明显刮擦现象，棚膜外观良好，可以继续使用，作物长势良好。
实施例2
先将10g聚乙烯醇先用100g 80℃的热水溶解。5g纳米铝溶胶(固含量为20％，粒径为60nm)和15g纳米钛溶胶(固含量为10％，粒径为5nm)、6g水性聚氨酯(固含量为30％，粒径为0.5nm)、2g醋丙乳液(固含量为25％)、0.5g水性有机硅类耐刮擦助剂、3g乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、1.5g聚醚有机氟碳化合物、2g吐温60、0.5g十二烷基三甲基氯化铵、配制好的10g聚乙烯醇、70g去离子水在45℃以400rpm的速度搅拌2h，得到水性耐刮擦防雾防水滴涂料。
将得到的水性耐刮擦防雾防水滴涂料与去离子水1：7稀释，应用于制备聚烯烃棚膜，将制备好的聚烯烃基础膜进行电晕，浸入涂覆槽中，将水性耐刮擦防雾防水滴涂料精密转印至待涂覆的聚烯烃棚膜表面，完成在线涂覆作业。经过涂覆的聚烯烃膜导入烘干箱进行连续烘干收卷，烘干温度设定为80℃。即得到具有水性耐刮擦防雾防水滴聚烯烃棚膜，水性耐刮擦防雾防水滴涂料的涂覆量为4g/m2。
将制得的水性耐刮擦防雾防水滴聚烯烃棚膜应用于日光温室扣膜，扣膜二年后，聚烯烃棚膜涂层无明显刮擦现象，棚膜外观良好，可以继续使用，作物长势良好。
对比例
将外购涂覆型聚烯烃防雾、防水滴棚膜应用于日光温室扣膜，扣膜一年后，聚烯烃棚膜表面刮擦明显，使用二年的棚膜表面大部分因为刮擦使防雾、防水滴功能失效，棚膜透光率低，作物长势一般，需要更换棚膜。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水性耐刮擦防雾防水滴涂料，包括以下重量百分含量的组分：
纳米钛溶胶1～15％、纳米铝溶胶1～5％，水性聚氨酯0.1～10％、水性丙烯酸类乳液0.1～10％、水性有机硅类耐刮擦助剂0.1～5％、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液3～15％、聚乙烯醇1～12％、润湿剂0.1～2％、乳化剂1～10％、去离子水65～90％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯的固含量为5～30wt％。
3.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述纳米铝溶胶和纳米钛溶胶的粒径独立地为5～60nm。
4.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述纳米铝溶胶中无机物的质量含量为10～20％。
5.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述纳米钛溶胶中无机物的质量含量为5～20％。
6.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～1800。
7.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述润湿剂包括聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性氟碳化合物和聚氧乙烯醚中一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的水性耐刮擦防雾防水滴涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸类乳液包括纯丙烯酸乳液和/或醋丙乳液。
9.权利要求1～8任意一项所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料在聚烯烃棚膜中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述水性耐刮擦防雾防水滴涂料在聚烯烃棚膜中的涂覆量为0.1～10g/m2。
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