CN107573790A - 一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单组分哑光水性清漆及其制备方法及其制备方法，主要材料为水、杀菌剂、防霉剂、消泡剂、表面活性剂、分散剂、增稠剂、pH调节剂、低成膜水性树脂、高成膜水性树脂、特种助剂和特殊有机消光粉；并按照一定的步骤和顺序制作得到单组分哑光水性清漆；该涂料无需色浆调色，且产品表面光泽低、平整无孔隙，耐污性好，具备自清洁功能；通过两种室温自交联不同玻璃化转变温度乳液的复配，解决了低VOC，成膜性能和优异抗涂鸦性能之间的平衡；使用特殊助剂实现了超低VOC与成膜性能之间的平衡；使用特殊消光粉与分散剂配合，解决了哑光调价下耐涂鸦性能与光泽的平衡，同时具有优异的储存稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及水性涂料，具体涉及一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆及其制备方法。
背景技术
儿童期是智力发育和艺术能力萌发的重要时期，一个主要表现形式就是涂鸦，涂鸦对开发智力非常有益。在不影响室内装修的情况下，现场涂刷的抗涂鸦膜应运而生，涂鸦膜是现场在墙壁上涂刷制作一块白板，其大小可以随意制作，可以是一块，也可以是一面墙，甚至可以是一个房间，供孩子随意书写、演算、绘画。现场涂刷制作白板和涂鸦膜，用于替代现在常用的教学黑板、教学白板。避免了黑板用粉笔书写造成的污染，省去了购买成品白板、投影幕布造成的浪费，制作和施工过程环保。对于能源日益短缺、环境日益恶化的今天，水性涂鸦膜的推广应用为环保、节能、减排也做出了一些贡献。同时涂鸦膜也可广泛应用于办公室墙面、生产车间的看板等领域，作为白板、投影幕布等应用，由涂鸦膜制作的投影墙，可以在投影内容上书写讲解，是一种更生动、更有效的互动交流方式。白板漆用于涂刷生产车间的看板，减少了任务书写的局限，确保生产交流的准确性。
常见用于涂鸦膜制备的是以高性能透明清漆为主，从成膜的树脂体系可分为聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷等，从溶剂种类可分为传统溶剂型和水性两类，从单组分、双组份和多组份。应用于涂鸦膜及白板制备的高性能透明清漆要满足现场涂刷的环保要求；其次要易于施工，方便快捷，对基材有广泛的适应性；还需要有长的使用寿命，如表面硬度要高，不会剥落龟裂，容易重涂翻新；最重要的是有良好的防涂鸦性，白板笔笔迹容易擦干净，不留痕迹。
现有技术的主要问题：
1.环保性：常用的透明清漆为保证良好的成膜性能，通常用大量助溶剂或成膜助剂，这类物质挥发性有机化合物(volatile organic compounds) 对人体健康有巨大影响。当居室中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。涂料国标《GB18582-2008室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》中VOC含量的定义是在101.3kPa标准压力下，任何初沸点低于或等于250℃的有机化合物。一般说来，材料中所含VOC越少，它对人体的危害就越轻微。涂料国标中对内墙涂料中VOC含量的要求是：不得高于每升120克。国外发达国家对涂料中VOC含量的限制很严格。以欧盟而言，一类（亚光类）涂料不得高于每升30克，二类（有光类）不得高于每升200克；而在国内，国家环保总局最新发布的水性内墙涂料环境标志产品认证要求规定，内墙哑光面漆VOC不得高于每升50克，高光面漆不得高于每升80克。溶剂型透明清漆产品已经被逐渐淘汰，而降低水性产品中的VOC，开发低VOC甚至“零VOC”的产品是市场的集中需求和技术难点。常见的低成膜温度树脂很难达到表面硬度和抗涂鸦性能的要求，而较高成膜温度的水性树脂则需要较高添加量的成膜助剂帮助成膜。
另外，目前市场主流双组份透明清漆产品通常采用的水性异氰酸酯固化剂对眼和上呼吸道的刺激和损伤：低浓度引起流泪和咳嗽, 高浓度可引起眼红肿和化学性灼伤。也能破坏鼻粘膜,使嗅觉丧失,上呼吸道粘膜也可致化学损伤。超过50mg/m^3的浓度,可引起皮肤水肿,组织坏死。此外，尚可引起呼吸道过敏反应,加重呼吸困难和肺水肿。如何有效解决。
因此，应用于儿童房装修和室内后装市场的涂鸦膜类产品急需环保性能的升级。
2.施工性：市面常见的双组分涂鸦清漆产品需要在施工之前预混，现场搅拌后施工，由于双组份体系有较短的适用期（pot life，常见的在2-4个小时之内）, 导致最终施工质量很难控制，如使用高羟树脂则固化干燥时间很长，很难快速固化使用，且现场搅拌施工有很多漆膜缺陷很难避免，诸如气泡、缩孔、鱼眼等很难克服。对高耐涂鸦性能的单组分易施工的清漆也是突出的技术难点。
3.应用性能：最终的涂鸦效果和性能是衡量涂鸦清漆产品的最主要性能指标，有一系列其他产品领域的相关标准和方法检测涂层的耐污渍性能，诸如HG/T 4756-2014内墙耐污渍乳胶涂料，儿童水性内墙涂料，儿童家具耐涂鸦检测方法等。本专利使用水性彩笔直接在涂鸦膜成膜之后进行涂写，一定时间之后进行擦拭评分，更能直接反应实际应用过程中的涂鸦性能。
4.光泽：在制备水性哑光涂鸦膜过程中，为了达到最终的哑光效果（60度光泽小于10），通常会在配方中加入一定量的消光助剂，而常见水性清漆用消光粉为无机功能型填料，如硅藻土、高岭土、气相二氧化硅等。在涂膜干燥时，它们的细小颗粒会在涂膜外表构成微粗糙面，削减光线的反射取得消光外观。这类消光剂在使用中会有难于分散、储存过程容易沉降、成膜透明度低、表面效果差等问题，最重要的是这类多孔的无机消光粉，会极大影响最终的涂鸦效果和性能。而如果采用有机悬浮型消光剂诸如消光蜡等，在涂料施工结束后，随溶剂的蒸发，涂膜中的蜡分出，能够赋予涂膜较好的的手感和防沾污性能。但蜡层在涂膜外表构成后也会阻碍水分的蒸发和气体的透过，影响涂膜的干燥和复涂性能。
发明内容
本发明提供一种单组分哑光水性清漆及其制备方法及其制备方法，该涂料无需色浆调色，且产品表面光泽低、平整无孔隙，耐污性好，具备自清洁功能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆包括以下重量份的制备原料：水230-400份、杀菌剂3-5份、防霉剂3-5份、消泡剂1-3份、表面活性剂0.5-4份、分散剂0.5-10份、增稠剂5-20份、pH调节剂0.5-3份、低成膜水性树脂80-300份、高成膜水性树脂250-400份、特种助剂10-60份、特殊有机消光粉0.5-15份。
作为本发明的一种优选技术方案，包括以下重量份的制备原料：水280-380份、杀菌剂3-4份、防霉剂3-4份、消泡剂1-3份、表面活性剂0.5-2份、分散剂1-5份、增稠剂5-15份、pH调节剂0.5-2份、低成膜水性树脂100-250份、高成膜水性树脂300-400份、特种助剂20-50份、特种有机消光粉1-10份。
作为本发明的一种优选技术方案，低成膜（最低成膜温度小于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。具有良好的成膜性能、优异的表面硬度及卓越耐污渍性能。
作为本发明的一种优选技术方案，水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
作为本发明的一种优选技术方案，高成膜（最低成膜温度大于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。具有卓越的表面硬度、耐化学品性能及抗涂鸦性能。
作为本发明的一种优选技术方案，水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
作为本发明的一种优选技术方案，低成膜水性树脂与高成膜水性树脂通过常温自交联反应在成膜过程中进行交联反应，自交联官能团包括但不限于N-羟甲基丙烯酰胺及其衍生物的室温自交联、硅氧烷的室温水解缩聚自交联、基于环氧基团的室温自交联、不饱和脂肪酸中双键的室温自氧化交联、酮羰基和酰肼基交联体系、乙酰乙酰基和多胺基交联体系、氮丙啶基和羧基交联体系、异氰酸酯基和多胺交联体系。
作为本发明的一种优选技术方案，增稠剂采用聚丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、缔合型增稠剂中的一种或多种；优选聚氨酯类增稠剂。增稠剂的作用是使得本发明的单组份水性透明清漆在分散中具有适当的剪切粘度和优异的抗飞溅性能，同时使得该漆具有优异的开罐效果，且使该漆在施工过程中具有优异的抗流挂性和流平性。
作为本发明的一种优选技术方案，消泡剂采用矿物油类消泡剂、有机脂类消泡剂、有机硅类消、剂或硅氧烷类消泡剂中的一种或多种，优选有机硅类消泡剂。上述消泡剂的作用是赋予成品漆优异的存储消泡性和杰出的施工消泡性。
分散剂为有机聚合物型分散剂，优选疏水改性聚羧酸盐型分散剂。在分散体系中，能在物料表面均匀形成吸附双电层，减小粒子二次絮凝的趋势，从而提高了涂料的储存稳定性。
消光粉为5-30微米聚合物型有机消光粉，包括聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯类有机消光粉中的一种或多种。其折光指数与本体树脂接近，成膜后透明度高，且易于分散，且有助于最终成膜之后的耐涂鸦性能。
本发明还提供了上述涂鸦膜用单组分哑光水性清漆的制备方法：
步骤（1），将水、杀菌剂以及防霉剂加入分散机中，以转速400-500转/分钟进行搅拌分散。
步骤（2），设定分散剂转速为1200-1800转/分钟，依序投入消泡剂、表面活性剂，分散剂、有机消光粉。
步骤（3），设定分散机的转速为800-1000转/分钟，依次序投入特殊助剂，pH调节剂，树脂进行搅拌分散。
步骤（4），将增稠剂与水混合均匀后，加入到分散机内，以转速为800-1000转/分钟进行搅拌分散得到涂鸦膜用水性透明清漆。
本发明所达到的有益效果是：本发明制得的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，通过两种室温自交联不同玻璃化转变温度乳液的复配，解决了低VOC，成膜性能和优异抗涂鸦性能之间的平衡；使用特殊助剂实现了超低VOC与成膜性能之间的平衡；使用特殊消光粉与分散剂配合，解决了哑光调价下耐涂鸦性能与光泽的平衡，同时具有优异的储存稳定性。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，包括以下重量份的制备原料：水360份、杀菌剂2份、防霉剂3份、消泡剂0.4份、表面活性剂0.5份、分散剂4份、增稠剂15份、pH调节剂0.6份、低成膜水性树脂180份、高成膜水性树脂380份、特种助剂50份、特殊有机消光粉5份。
低成膜（最低成膜温度小于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。
水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
高成膜（最低成膜温度大于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。
水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
低成膜水性树脂与高成膜水性树脂通过常温自交联反应在成膜过程中进行交联反应，自交联官能团包括但不限于N-羟甲基丙烯酰胺及其衍生物的室温自交联、硅氧烷的室温水解缩聚自交联、基于环氧基团的室温自交联、不饱和脂肪酸中双键的室温自氧化交联、酮羰基和酰肼基交联体系、乙酰乙酰基和多胺基交联体系、氮丙啶基和羧基交联体系、异氰酸酯基和多胺交联体系。
增稠剂采用聚丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、缔合型增稠剂中的一种或多种；优选聚氨酯类增稠剂。
消泡剂采用矿物油类消泡剂、有机脂类消泡剂、有机硅类消、剂或硅氧烷类消泡剂中的一种或多种，优选有机硅类消泡剂。
分散剂为有机聚合物型分散剂，优选疏水改性聚羧酸盐型分散剂。
消光粉为5-30微米聚合物型有机消光粉，包括聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯类有机消光粉中的一种或多种。
产品工艺流程：
步骤（1），将水、杀菌剂以及防霉剂加入分散机中，以转速400-500转/分钟进行搅拌分散。
步骤（2），设定分散剂转速为1200-1800转/分钟，依序投入消泡剂、表面活性剂，分散剂、有机消光粉。
步骤（3），设定分散机的转速为800-1000转/分钟，依次序投入特殊助剂，pH调节剂，树脂进行搅拌分散。
步骤（4），将增稠剂与水混合均匀后，加入到分散机内，以转速为800-1000转/分钟进行搅拌分散得到涂鸦膜用水性透明清漆。
实施例2
实施例2与实施例1相比，将材料组分改变为：水340份、杀菌剂2份、防霉剂3份、消泡剂0.4份、表面活性剂0.5份、分散剂4份、增稠剂15份、pH调节剂0.6份、低成膜水性树脂200份、高成膜水性树脂400份、特种助剂50份、特殊有机消光粉5份。其加工步骤与实施例1相同。
实施例3
实施例3与实施例1、2相比，将材料组分改变为：水360份、杀菌剂2份、防霉剂3份、消泡剂0.4份、表面活性剂0.5份、分散剂4份、增稠剂15份、pH调节剂0.6份、低成膜水性树脂230份、高成膜水性树脂360份、特殊有机消光粉5份。去除特种助剂。其加工步骤与实施例1、2相同。
实施例1、2、3与对比例1、2、3、4的，其原料配方是由如下重量百：
| 原料（单位:g） | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 水 | 360 | 340 | 360 | 360 | 360 | 360 | 360 |
| 消泡剂 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| 表面活性剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 分散剂 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 润湿剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 低成膜温度树脂 | 180 | 200 | 230 | - | 180 | 300 | 180 |
| 高成膜温度树脂 | 380 | 400 | 360 | - | 380 | 280 | 380 |
| 无自交联乳液 | - | - | - | 580 | |||
| 普通成膜助剂 | - | - | - | 50 | |||
| 特殊成膜助剂 | 50 | 30 | 0 | 50 | - | 30 | 50 |
| 普通无机消光粉 | 5 | 5 | |||||
| 特殊有机消光粉 | 5 | 5 | 5 | 5 | |||
| 增稠剂1 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 |
| 增稠剂2 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| pH调节剂 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 杀菌剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 防霉剂 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 总计 | 1000.5 | 1000.5 | 980.5 | 1020.5 | 1000.5 | 1000.5 | 1090.5 |
实施例1、2、3与对比例1-4性能对比表（*分数越高涂鸦性能越好）：
通过上述对比可知，本发明解决了低VOC，成膜性能和优异抗涂鸦性能之间的平衡问题，具有优异的储存稳定性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：水230-400份、杀菌剂3-5份、防霉剂3-5份、消泡剂1-3份、表面活性剂0.5-4份、分散剂0.5-10份、增稠剂5-20份、pH调节剂0.5-3份、低成膜水性树脂80-300份、高成膜水性树脂250-400份、特种助剂10-60份、特殊有机消光粉0.5-15份。
2.根据权利要求1所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：水280-380份、杀菌剂3-4份、防霉剂3-4份、消泡剂1-3份、表面活性剂0.5-2份、分散剂1-5份、增稠剂5-15份、pH调节剂0.5-2份、低成膜水性树脂100-250份、高成膜水性树脂300-400份、特种助剂20-50份、特种有机消光粉1-10份。
3.根据权利要求1所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的低成膜（最低成膜温度小于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。
4.根据权利要求3所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
5.根据权利要求1所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的高成膜（最低成膜温度大于25度）水性树脂为丙烯酸酯共聚乳液、聚氨酯分散体、水性丙烯酸酯聚氨酯杂化乳液。
6.根据权利要求5所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的水性丙烯酸酯共聚乳液选用具有自交联官能团的乳液。
7.根据权利要求1或2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的低成膜水性树脂与高成膜水性树脂通过常温自交联反应在成膜过程中进行交联反应，自交联官能团包括但不限于N-羟甲基丙烯酰胺及其衍生物的室温自交联、硅氧烷的室温水解缩聚自交联、基于环氧基团的室温自交联、不饱和脂肪酸中双键的室温自氧化交联、酮羰基和酰肼基交联体系、乙酰乙酰基和多胺基交联体系、氮丙啶基和羧基交联体系、异氰酸酯基和多胺交联体系。
8.根据权利要求1或2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的增稠剂采用聚丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、缔合型增稠剂中的一种或多种；优选聚氨酯类增稠剂。
9.根据权利要求1或2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的消泡剂采用矿物油类消泡剂、有机脂类消泡剂、有机硅类消、剂或硅氧烷类消泡剂中的一种或多种，优选有机硅类消泡剂。
10.根据权利要求1或2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的分散剂为有机聚合物型分散剂，优选疏水改性聚羧酸盐型分散剂。
11.根据权利要求1或2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆，其特征在于，所述的消光粉为5-30微米聚合物型有机消光粉，包括聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯类有机消光粉中的一种或多种。
12.根据权利要求2所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1）将水、杀菌剂以及防霉剂加入分散机中，以第一转速进行搅拌分散；
S2）设定分散剂转速为第二转速，依序投入消泡剂、表面活性剂，分散剂、有机消光粉；
S3）设定分散机的转速为第三转速，依次序投入特殊助剂，pH调节剂，树脂进行搅拌分散；
S4）将增稠剂与水混合均匀后，加入到分散机内，以第三转速进行搅拌分散得到涂鸦膜用水性透明清漆。
13.根据权利要求12所述的一种涂鸦膜用单组分哑光水性清漆的制备方法，其特征在于，步骤S1）中的所述的第一转速为400-500转/分钟，步骤S2）中的所述的第二转速为1200-1800转/分钟，步骤S3）、S4）中的所述的第三转速为800-1000转/分钟。
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