CN114213952B

CN114213952B - 一种环保水性涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN114213952B
Application number: CN202111630433.1A
Authority: CN
Inventors: 周伟建; 黄理荣; 符传杰; 宋献军; 谢寅峰; 张旭
Original assignee: Guangdong Maydos Building Materials Co Ltd
Current assignee: Guangdong Maydos Building Materials Co Ltd
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: CN114213952A

Abstract

本发明提供一种环保水性涂料及其制备方法。该环保水性涂料包括以下重量份的组分：丙烯酸树脂20～30份，硅藻土2～3份，淀粉改性聚氨酯25～40份，碳化硅3～8份，助剂5～10份，去离子水20～25份。本发明提供的环保水性涂料将丙烯酸树脂和淀粉改性聚氨酯配合使用，并向涂料中添加了碳化硅，能够提高该环保水性涂料的硬度、附着力、耐水性和耐磨性，表干时间短，硅藻土的加入则使得涂料具有去甲醛、除异味的功效，能够对空气起净化作用，该水性涂料的VOC排放量低，对环境污染小，更加绿色环保。

Description

一种环保水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种环保水性涂料及其制备方法。

背景技术

随着基础设施的完善、建筑业等领域的蓬勃发展以及工业生产的快速增长，涂料的生长和使用呈现大幅度提升。传统涂料主要利用有机物质作为分散介质，但其中含有较多的挥发性有机溶剂(VOC)，会对周围环境以及人体健康产生一定的威胁。

近年来，随着人们环保意识的增强，对化工产品的生产与使用的有关法律法规也越来越严，水性涂料凭借着“绿色”、“环保”、“低碳”、“高性能”、“广泛使用”等优点受到了消费者的青睐，正逐步取代传统涂料的主导地位，是当今涂料发展的一个重要方向。

水性涂料是指用水作为溶剂或者分散介质的涂料，防水涂料主要有四种类型：水性无机富锌涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料。与有机溶剂型的涂料相比，水性涂料既能够减少VOC的排放，又能够节省资源和能源，同时方便贮藏和运输。然而，目前市场上的水性涂料大多数存在成膜干燥时间长，硬度低，耐磨性和耐水性差等问题，容易产生开裂和脱落现象，不能很好的满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保水性涂料及其制备方法，该环保水性涂料能够克服现有水性涂料存在的成膜干燥时间长、硬度低、耐磨性和耐水性差的问题。

根据本发明的第一个方面，提供一种环保水性涂料，包括以下重量份的组分：丙烯酸树脂20～30份，硅藻土2～3份，淀粉改性聚氨酯25～40份，碳化硅3～8份，助剂5～10份，去离子水20～25份；

淀粉改性聚氨酯由以下步骤制备得到：

(1)按照重量份数称取异佛尔酮二异氰酸酯2～4份、聚乙二醇300 1～2份、丁酮5～10份，混合均匀，升温至65～75℃，保温1～3h，得到混合液；

(2)按照重量份数称取淀粉5～7份、聚乙二醇2000 3～4份、辛酸亚锡0.1～0.5份，混合均匀并加入到混合液中，于65～75℃下反应3～5h，降温至40～50℃，向反应体系中加入去离子水，搅拌均匀，得到淀粉改性聚氨酯。

本发明提供的环保水性涂料中含有丙烯酸树脂、硅藻土、淀粉改性聚氨酯、碳化硅、助剂和去离子水，利用淀粉对聚氨酯进行改性制备得到淀粉改性聚氨酯，其粒径小且分步均匀，并将其与丙烯酸树脂配合使用，使得涂料在成膜时表干时间短，涂膜表面平整光滑，涂膜的硬度高、附着力强、耐水性和耐磨性等综合性能均有所提高，并且比传统的水性聚氨酯更容易降解，对环境污染小；碳化硅的加入则使得涂料在成膜过程中的硬度和耐磨性得到进一步的提升，还具有抗老化的优点；硅藻土的加入则使得本发明的水性涂料同时具有去甲醛、除异味进而达到空气净化的效果，但是碳化硅的加入往往会导致涂料的贮存稳定性变差，而本发明中由于采用的聚氨酯经过了淀粉改性，引入了淀粉基，能够避免由于碳化硅的加入而导致涂料出现沉淀的现象，使得该水性涂料的储存稳定性大大提高。由此可见，本发明提供的环保水性涂料中含有的丙烯酸树脂、硅藻土、淀粉改性聚氨酯和碳化硅这几种组分之间具有良好的协同作用，使得制备的涂料具有优异的性能，能够有效解决现有水性涂料存在的成膜干燥时间长、硬度低、耐磨性和耐水性差的问题，并且具有绿色、环保的优点。

优选地，上述淀粉改性聚氨酯的制备过程中，步骤(2)中所采用的淀粉为醋酸酯淀粉。

优选地，醋酸酯淀粉由以下步骤制备得到：按照重量份数称取木薯淀粉10～15份、冰醋酸15～25份、乙酸酐15～25份、甲基磺酸0.1～0.5份，混合均匀，于70～80℃下反应3～5h，降温，调节pH，过滤，出料，得到醋酸酯淀粉。

优选地，碳化硅的粒径为1～10μm。

本发明提供的环保水性涂料中选用粒径适中的碳化硅，使得涂料的均匀性和成膜性能更好，避免碳化硅粒径太大导致涂料在储存过程中出现沉淀的现象，有利于提高涂料的储存稳定性。

优选地，上述环保水性涂料中的助剂包括以下重量份的组分：消泡剂1～2份，成膜助剂1～2份，增稠剂2～4份，流平剂1～2份。

优选地，消泡剂包括六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾、焦磷酸钾中的至少一种。

优选地，成膜助剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、丙二醇苯醚PPH、醇酯十二、二丙二醇丁醚中的至少一种。

优选地，增稠剂包括羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙甲基纤维素中的至少一种。

优选地，流平剂包括纯聚丙烯酸酯流平剂、水性含硅流平剂中的至少一种。

根据本发明的第二个方面，提供上述环保水性涂料的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸树脂、硅藻土、淀粉改性聚氨酯、去离子水混合均匀，边搅拌边向其中加入助剂、碳化硅，搅拌时间为30～45min，得到环保水性涂料。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的环保水性涂料将丙烯酸树脂和淀粉改性聚氨酯配合使用，并向涂料中添加了碳化硅，能够提高该环保水性涂料的硬度、附着力、耐水性和耐磨性，表干时间短，硅藻土的加入则使得涂料具有去甲醛、除异味的功效，能够对空气起净化作用。

2.本发明提供的环保水性涂料中含有的聚氨酯由于引入了淀粉基，使其比传统的水性聚氨酯更容易降解，对环境污染小，更加绿色环保。

3.本发明提供的环保水性涂料在制备过程中，先将丙烯酸树脂、硅藻土、淀粉改性聚氨酯、去离子水混合均匀，然后将助剂和碳化硅添加到其中，进行搅拌处理，能够进一步提高水性涂料的硬度和耐磨性，并且使得制备出来的水性涂料具有抗老化的优点。

4.本发明提供的环保水性涂料的制备工艺简单，适合工业化应用，具有良好的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明提供的技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，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。

实施例1

一种淀粉改性聚氨酯，制备方法包括以下步骤：

(1)按照重量份数称取木薯淀粉10份、冰醋酸25份、乙酸酐25份、甲基磺酸0.1份，混合均匀，于75℃下反应3h，降温，调节pH，过滤，出料，得到醋酸酯淀粉；

(2)按照重量份数称取异佛尔酮二异氰酸酯2份、聚乙二醇300 2份、丁酮5份，混合均匀，升温至65℃，保温2h，得到混合液；

(3)按照重量份数称取醋酸酯淀粉5份、聚乙二醇2000 3.5份、辛酸亚锡0.1份，混合均匀并加入到所述混合液中，于75℃下反应4h，降温至40℃，向反应体系中加入去离子水，搅拌均匀，得到淀粉改性聚氨酯。

实施例2

一种淀粉改性聚氨酯，制备方法包括以下步骤：

(1)按照重量份数称取木薯淀粉13份、冰醋酸20份、乙酸酐20份、甲基磺酸0.3份，混合均匀，于70℃下反应4h，降温，调节pH，过滤，出料，得到醋酸酯淀粉；

(2)按照重量份数称取异佛尔酮二异氰酸酯3份、聚乙二醇300 1.5份、丁酮8份，混合均匀，升温至70℃，保温3h，得到混合液；

(3)按照重量份数称取醋酸酯淀粉6份、聚乙二醇2000 3份、辛酸亚锡0.3份，混合均匀并加入到所述混合液中，于70℃下反应3h，降温至45℃，向反应体系中加入去离子水，搅拌均匀，得到淀粉改性聚氨酯。

实施例3

一种淀粉改性聚氨酯，制备方法包括以下步骤：

(1)按照重量份数称取木薯淀粉15份、冰醋酸15份、乙酸酐15份、甲基磺酸0.5份，混合均匀，于80℃下反应5h，降温，调节pH，过滤，出料，得到醋酸酯淀粉；

(2)按照重量份数称取异佛尔酮二异氰酸酯4份、聚乙二醇300 1份、丁酮10份，混合均匀，升温至75℃，保温1h，得到混合液；

(3)按照重量份数称取醋酸酯淀粉7份、聚乙二醇2000 4份、辛酸亚锡0.5份，混合均匀并加入到所述混合液中，于65℃下反应5h，降温至50℃，向反应体系中加入去离子水，搅拌均匀，得到淀粉改性聚氨酯。

实施例4～6和对比例1～4

一种水性环保涂料，其组分如表1所示，制备方法包括以下步骤：

按照重量份称取丙烯酸树脂20～30份、硅藻土2～3份、实施例1～3的淀粉改性聚氨酯25～40份、去离子水20～25份混合均匀，边搅拌边向其中加入助剂5～10份、碳化硅3～8份，搅拌时间为30～45min，得到环保水性涂料。

表1环保水性涂料的组分

测试例

1.实验构建方式

本测试例的参试对象为实施例4～6和对比例1～5所制得的环保水性涂料，对涂料的各项性能进行测试。

(1)表干时间

参照国家标准GB/T 1728-1979；

(2)附着力

参照国家标准GB/T 9286-1998；

(3)耐水性

参照国家标准GB/T 1733-1993(甲法)；

(4)硬度

参照国家标准GB/T 6739-2006；

(5)耐磨性

在符合GB/T 9271-2008《色漆和清漆标准试板》规定的直径25mm的纤维补强水泥板表面涂抹实施例4～6和对比例1～5所制得的环保水性涂料，在25℃、相对湿度50％环境下放置24h后获得厚度250μm的漆膜。按照GB/T1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》，在温度25℃、相对湿度50％条件下进行试验，磨耗实验仪转速为60r/min，试验时间3min。以磨损质量损耗(单位：g)来表示涂料的耐磨性，计算公式如下：磨损质量损耗＝初始试板质量-试验完成后试板质量；

(6)贮存稳定性

将实施例4～6和对比例1～5所制得的环保水性涂料置于恒温烘箱内(温度控制在50±5℃)放置30天或恒温放置90天，观察是否出现浮色、沉淀或分水等，如无上述现象则为通过；

(7)挥发性有机化合物(VOC)含量

参照《室内装修装饰材料有害物质限量》GB 18582-2008。

2.实验结果

表2环保水性涂料的各项性能测试结果

实施例4～6和对比例1～5所制得的环保水性涂料的各项性能测试结果如表2所示。由表2可知，与对比例1～5相比，实施例4～6所制得的环保水性涂料同时含有丙烯酸树脂、硅藻土、淀粉改性聚氨酯和碳化硅，在形成漆膜时表干时间短，漆膜的硬度高，具优异的耐磨性和耐水性，贮存稳定性高，并且对被贴物具有较强的附着力，此外，本发明提供的水性涂料的VOC排放量低，使得该水性涂料更加绿色、环保。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环保水性涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：丙烯酸树脂20～30份，硅藻土2～3份，淀粉改性聚氨酯25～40份，碳化硅3～8份，助剂5～10份，去离子水20～25份；

所述淀粉改性聚氨酯由以下步骤制备得到：

(2)按照重量份数称取淀粉5～7份、聚乙二醇2000 3～4份、辛酸亚锡0.1～0.5份，混合均匀并加入到所述混合液中，于65～75℃下反应3～5h，降温至40～50℃，向反应体系中加入去离子水，搅拌均匀，得到所述淀粉改性聚氨酯；

在所述步骤(2)中，所述淀粉为醋酸酯淀粉；

所述醋酸酯淀粉由以下步骤制备得到：按照重量份数称取木薯淀粉10～15份、冰醋酸15～25份、乙酸酐15～25份、甲基磺酸0.1～0.5份，混合均匀，于70～80℃下反应3～5h，降温，调节pH，过滤，出料，得到所述醋酸酯淀粉。

2.如权利要求1所述环保水性涂料，其特征在于：所述碳化硅的粒径为1～10μm。

3.如权利要求1所述环保水性涂料，其特征在于，所述助剂包括以下重量份的组分：消泡剂1～2份，成膜助剂1～2份，增稠剂2～4份，流平剂1～2份。

4.如权利要求3所述环保水性涂料，其特征在于：所述消泡剂包括六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾、焦磷酸钾中的至少一种。

5.如权利要求3所述环保水性涂料，其特征在于：所述成膜助剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、丙二醇苯醚PPH、醇酯十二、二丙二醇丁醚中的至少一种。

6.如权利要求3所述环保水性涂料，其特征在于：所述增稠剂包括羟乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙甲基纤维素中的至少一种。

7.如权利要求3所述环保水性涂料，其特征在于：所述流平剂包括纯聚丙烯酸酯流平剂、水性含硅流平剂中的至少一种。

8.如权利要求1～7任意一项所述环保水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述丙烯酸树脂、所述硅藻土、所述淀粉改性聚氨酯、所述去离子水混合均匀，边搅拌边向其中加入所述助剂、所述碳化硅，搅拌时间为30～45min，得到所述环保水性涂料。