CN115820072A - 水性耐磨漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性耐磨漆及其制备方法，该水性耐磨漆的制备原料按重量百分比包括：30‑45％水性单组分环氧分散体、1‑1.5％环氧促进剂、25‑30％水性丙烯酸乳液、3‑5％成膜助剂、0.2‑0.4％消泡剂、0.7‑1.0％分散剂、0.5‑1.0％Ph调节剂、0.1‑0.3％润湿流平剂、8‑16％颜填料、0.55‑1.0％增稠剂、1‑3％防沉触变剂，余量为去离子水。该水性耐磨漆加入水性单组分环氧分散体和水性丙烯酸乳液，共同用作成膜物质，加入各助剂协同作用，使漆膜具有较高的硬度和良好的耐磨性。

Description

水性耐磨漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种水性耐磨漆，同时本发明还涉及一种水性耐磨漆的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的提高，各行业迅速蓬勃发展，从而也带动了相关涂料行业的兴起。其中水性漆料以水作为溶剂和稀释剂，采用水性漆料可以节省大量资源，且在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工。水性漆料对材质表面适应性好；不易燃，减少施工时火灾危险性，且VOC(挥发性有机化合物)含量低，减少对大气污染。因此水性漆在涂料领域具有很大的发展空间，是漆料未来的发展方向。

但是水性漆料也存在一定的缺点，如硬度低，耐磨性差，耐候性差，丰满度低以及防锈耐水性差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种水性耐磨漆，具有较高的硬度和很好耐磨性。

一种水性耐磨漆，所述水性耐磨漆的制备原料按重量百分比包括：30-45％水性单组分环氧分散体、1-1.5％环氧促进剂、25-30％水性丙烯酸乳液、3-5％成膜助剂、0.2-0.4％消泡剂、0.7-1.0％分散剂、0.5-1.0％Ph调节剂、0.1-0.3％润湿流平剂、8-16％颜填料、0.55-1.0％增稠剂、1-3％防沉触变剂，余量为去离子水。

本发明的水性耐磨漆，加入水性单组分环氧分散体和水性丙烯酸乳液，共同用作成膜物质，使漆膜具有较高的硬度和良好的耐磨性，环氧促进剂和成膜助剂能促进漆膜形成；消泡剂可以消除制漆及施工过程中的气泡，改善产品质量；分散剂可以使颜填料长期稳定地分散在体系中而不附聚；Ph调节剂使漆料呈偏碱性，有利于漆料保持较好的稳定性；润湿流平剂可以有效促进涂料对基材表面的润湿和表面流平性；增稠剂可以提高漆液粘度，方便施工；防沉触变剂可以保持填料不沉淀，保持体系稳定。

进一步的，所述消泡剂包括聚醚类消泡剂和有机硅型消泡剂中的至少一种。

进一步的，所述分散剂包括聚丙烯酸酯分散剂和聚氨酯分散剂中的至少一种。

进一步的，所述Ph调节剂包括二甲基乙醇胺和三乙胺中的至少一种。

进一步的，所述润湿流平剂为聚醚硅氧烷型润湿流平剂。

进一步的，所述水性耐磨漆还包括0.2-0.6％防闪锈助剂。

进一步的，所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。

进一步的，所述防沉触变剂为有机改性硅酸盐型防沉触变剂或者气相二氧化硅。

进一步的，所述颜填料包括大红粉、钛白粉和硫酸钡中的至少一种。

本发明还提出了一种水性耐磨漆的制备方法，包括以下步骤：称取适量原料，将水性单组分环氧分散体加入到搅拌釜内，在搅拌过程中加入去离子水总量的50-65％、Ph调节剂总量的65-80％、环氧促进剂、分散剂、消泡剂、颜填料、防沉触变剂，均匀后再研磨至细度≤20μm，得到前期树脂浆；另取搅拌釜加入水性丙烯酸乳液，在搅拌过程中加入剩余去离子水、剩余Ph调节剂、成膜助剂、润湿剂，搅拌均匀后得到后期乳液清漆；在搅拌过程中，向所述前期树脂浆中加入所述后期乳液清漆和增稠剂，制得成品。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。

一种水性耐磨漆，所述水性耐磨漆的制备原料按重量百分比包括：30-45％水性单组分环氧分散体、1-1.5％环氧促进剂、25-30％水性丙烯酸乳液、3-5％成膜助剂、0.2-0.4％消泡剂、0.7-1.0％分散剂、0.5-1.0％Ph调节剂、0.1-0.3％润湿流平剂、8-16％颜填料、0.55-1.0％增稠剂、1-3％防沉触变剂，余量为去离子水。

本实施例中的水性单组分环氧分散体是漆料主要的成膜物，具有非常良好的附着力，这是由环氧树脂的分子结构及其固化反应特点决定的。环氧树脂分子结构中具有环氧端基、羟基及醚键等极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，所以环氧树脂涂料涂膜与金属、混凝土等基材表面能产生很强的黏结力。固化成膜后，由于分子结构中含有稳定的苯环和醚键，分子结构又较为紧密，因此构成了一道良好的屏障，从而对化学介质有较好的稳定性，以及具有较高的硬度，耐磨性好，抗划伤性能优良，鲜映性好，丰满度高。本发明的水性单组分环氧分散体可选用市售的如衡水新光新材料科技有限公司的XG-900A。

环氧促进剂能加速环氧树脂打开环氧基团，促使水性单组分环氧分散体相互交联固化,而且可以降低固化临界能，在较低温度的时候依然可以完成固化,缩短固化时间。本发明的环氧促进剂可以购买市面销售的如衡水新光新材料科技有限公司的XG-900B。

本发明的水性丙烯酸乳液是漆料的另一种成膜物，水性丙烯酸聚合物结构有助于分子链在基材表面的流动和润湿性，使得涂层与基材分子间紧密接触，达到高附着力。水性丙烯酸乳液拥有优异的填充性，可以补充水性单组分环氧分散体交联不充分的不足。水性丙烯酸乳液本身不含VOC，具有卓越的耐湿性，可以在漆膜干燥后防止水分子对基材的渗透，达到防水防潮的效果。水性丙烯酸乳液的分子结构具有较好的紫外线稳定性，减少紫外线对漆料的影响，有效防护基材。水性丙烯酸乳液和水性单组分环氧分散体的相溶性好,成膜后，两者互相嵌锁，形成的漆膜强度更高，可以有效提高耐磨性和硬度。两种成膜物质搭配使用，可以使漆膜具有良好的鲜映性、盐雾性及稳定性。而且水性丙烯酸乳液成本低于水性单组分环氧分散体，具有更高的成本优势。本实施例的水性丙烯酸乳液可以选用市售的如衡水新光新材料科技有限公司的XG-9358，该型水性丙烯酸乳液内含特殊功能性单体，可提高耐水、耐盐水及盐雾性能，同时采用多级粒径分布，成膜致密。

成膜助剂又称凝聚剂、聚结剂，通常为高沸点溶剂，成膜助剂的作用如同一种“临时”增塑剂，用以降低聚合物的玻璃化温度(Tg)，一旦颗粒变形与成膜过程完成后，成膜助剂会从涂膜中挥发，从而使聚合物Tg值恢复至初始值。水性丙烯酸乳液可以正常成膜，而成膜助剂的加入，对涂膜干固起到了一定的促进作用。

本发明的水性耐磨漆，加入水性单组分环氧分散体和水性丙烯酸乳液，共同用作成膜物质，使漆膜具有较高的硬度和良好的耐磨性，环氧促进剂和成膜助剂能促进漆膜形成。

消泡剂可以降低漆料的表面张力，防止泡沫形成，或使原有泡沫减少或消灭，减少制漆及施工过程中的气泡，改善产品质量。消泡剂可以优选包括聚醚类消泡剂和有机硅型消泡剂中的至少一种。聚醚类消泡剂主要包括直链聚醚、由醇或氨为起始剂的聚醚、端基酯化的聚醚衍生物三种，最大的优点在于抑泡能力强，除此以外，还有些聚醚类的消泡剂具有耐高温、耐强酸强碱等优良性能；缺点是使用条件受温度限制、使用领域窄、消泡能力较差、破泡速率低等。有机硅类消泡剂有较强的消泡性能、快速的破泡能力、挥发性低、对环境无毒害、无生理惰性、使用范围广等优点，但是抑泡性能较差。本发明可以选用市面销售的如Tego-901w、埃夫科纳的2504和上海田裕化工的A10用于消泡剂，选用不同类型的消泡剂混拼，可以解决体系中气泡过多的问题，且漆膜丰满度好，板面效果优。

所述分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，可均一分散那些难于溶解于液体的颜填料的固体及液体颗粒，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液，使颜填料长期稳定地分散在体系中而不附聚。本发明的分散剂优选包括聚丙烯酸酯分散剂和聚氨酯分散剂中的至少一种，可以选用市面销售的如巴斯夫的4560和埃夫科纳的PF154。

本发明的水性耐磨漆还加入Ph调节剂，使漆料呈偏碱性，本发明所用的原料需在碱性条件下发挥作用，以使各原料粒子结构不被酸破坏，提高漆的耐腐蚀性，而且有利于使漆料保持较好的稳定性，本发明的Ph调节剂优选包括二甲基乙醇胺和三乙胺中的至少一种。

润湿流平剂通过降低固液表面张力或界面张力，使水能展开在基材表面上，或透入其表面，从而把基材润湿，可以有效促进涂料对基材表面的表面流平性。本实施例的润湿流平剂可以优选为聚醚硅氧烷型润湿流平剂，聚醚硅氧烷与水性丙烯酸树脂的相容性很好，降低表面张力，控制表面流动的能力、增滑性、抗缩孔、抗粘连的效果也都很好。

本发明的水性耐磨漆优选的还包括0.2-0.6％防闪锈助剂，防闪锈助剂能有效减少金属底材的表面发生阴极化反应，降低锈蚀概率。所谓“闪锈”是在金属表面使用水性涂料，涂膜干燥过程中发生的锈点腐蚀。闪锈的本质是在金属表面发生电化学腐蚀。由于水性涂料偏碱性，所以这个电化学腐蚀是吸氧腐蚀。金属表面涂刷水性涂料时，由于水性涂料中含有如OH-、Na+、H+和Ca2+等,相当于金属表面覆盖了电解质溶液层。且金属基材含有碳、锰和硅等杂质。于是就发生了腐蚀电池，铁是阳极，杂质是阴极。

所述防闪锈助剂优选包括钝化膜保护剂、沉淀膜保护剂和吸附膜保护剂中的至少一种。钝化膜保护剂本身是氧化剂或者以介质中的溶解氧作为氧化剂，使金属表面形成钝化膜，造成金属离子化过程受阻，从而减缓金属的腐蚀。沉淀膜保护剂在金属表面生成沉淀膜，膜的厚度一般超过钝化膜。沉淀膜可由防闪锈剂之间互相作用生成，也可由防闪锈剂和腐蚀介质中的金属离子作用生成不溶性聚合物。吸附膜保护剂分子往往是由极性基团和非极性基团组成。其中极性基团是亲水性的，可以吸附于金属表面活性点或整个表面。而非极性基团是疏水或者亲油的，通过憎水基起到隔离作用，把金属表面和腐蚀介质隔开。

本发明的防闪锈剂可以优选为上海田裕化工的ZT-706。添加了防闪锈剂ZT-706的水性漆涂覆到金属基材表面时，含有的氧化剂迅速钝化金属表面，形成钝化层，同时有部分有机材料在金属表面聚集形成沉淀膜保护层。而且ZT-706含有单链和双链且长短不一的有机物。它的极性基团能牢固吸附在金属基材表面，而非极性碳链能覆盖整个金属表面，形成一层疏水性保护膜。因为非极性基团含有单链和双链，且链长的长短不一，减少了空间立体障碍，形成的吸附膜更加致密，从而阻碍金属离子向外扩散和腐蚀介质或水同金属表面作用。因为有了钝化膜、沉淀膜和吸附膜这三层膜的保护作用，所以防闪锈剂ZT-706具有优异防闪锈性能。

增稠剂可以提高水漆黏度，使水漆保持均匀稳定的状态，可以提高漆液粘度，方便施工。增稠剂可以优选为缔合型聚氨酯增稠剂，缔合型聚氨酯增稠剂通常是分子量相对较低的水溶性聚氨酯，分子结构中有亲水部分也有亲油部分，呈现出一定的表面活性，使水漆状态保持良好和很好的抗流挂性。本发明的增稠剂可以选用市售的如Gel 0620。

防沉触变剂是一类涂料的流变控制剂，它使涂料具有触变性，既可以提高水漆的黏度，也可以保持填料不沉淀，保持体系稳定。本发明的防沉触变剂优选有机改性硅酸盐型防沉触变剂，如市售的BYK所产的RD有机改性硅酸盐(质量分数为3％，以水制备)，或者R-972气相二氧化硅。防沉触变剂与增稠剂提高了产品的抗流挂性及稳定性，使产品施工方便。

本发明的水性耐磨漆中包括一定的颜填料，颜料的作用主要是提供遮盖力和和各种色彩；填料的主要作用是增加固体分、降低成本、改善漆膜机械性能及提升防腐能力等。颜填料包括大红粉、钛白粉和硫酸钡中的至少一种，其中大红粉可选为松尾永固红5R，钛白粉可选为金红石型钛白粉LR-996，硫酸钡可选粒度为1500目的硫酸钡，此粒度可以填充漆膜空隙，起到良好的物理防锈效果。

本发明的水性耐磨漆不含重金属各原料有机配合，协同作用，使漆料的综合性能优良，尤其具有较高的硬度和良好的耐磨性。适用性广，在轻防腐钢结构、陆地泵、千斤顶、车辆机械配件等领域均可应用。

本发明还提出了一种水性耐磨漆的制备方法，具体包括以下步骤。

先将水性单组分环氧分散体加入到搅拌釜内，以500-600r/min速率进行搅拌，在搅拌中加入去离子水总量的50-65％，继续搅拌5-10min，然后依次加入Ph调节剂总量的65-80％、环氧促进剂、分散剂、消泡剂、大红粉、钛白粉、硫酸钡、以及防沉触变剂，以900-1100r/min速率搅拌25-30min，再经研磨至细度≤20μm，得到前期树脂浆。

另取搅拌釜加入水性丙烯酸乳液，在500-600r/min搅拌速率下依次加入剩余去离子水、剩余Ph调节剂、防闪锈剂、成膜助剂、润湿剂，以600-800r/min速率搅拌30min，得到后期乳液清漆。

将前期树脂浆加入搅拌釜内，以600-800r/min速率搅拌，然后按比例加入上步骤制得的后期乳液清漆，继续以700-900r/min速率搅拌15-30min，然后按少量多次的方式加入增稠剂至设计黏度，制得成品。

下面对本发明的具体实现方案做详细的描述。

本发明的水性耐磨漆根据上述原料配比和制备方法，可以制备出如下表1所示的实施例1和实施例2，为了说明本发明的水性耐磨漆的综合性能，特设计了对比例1和对比例2，各对比例的制备原料如下表1所示，制备方法同上，其中用量为0的原料，制备时不用添加即可。

表1

对各实施例和对比例进行性能测试，测试结果如下表2所示。

表2

由表2可知，单独使用单组分环氧分散体会有干性偏慢的缺点，单独使用丙烯酸乳液会导致盐雾、光泽、硬度等方面的不足，两者在合适的比例前提下混拼使用时会综合双方的优点，使产品在各方面均表现出优异的性能。

本发明的水性耐磨漆是以水全部或部分代替有机溶剂作为分散介质，可以喷涂方式进行涂装的涂料，具有低VOC、不燃不爆、气味小、施工方便、应用面广等优点，同时此产品具备良好的环境友好性，保护涂装工人以及居住人员的人身不受到有毒挥发物的侵害，并且在抗冲击，耐候性，耐盐雾，附着力，硬度等方面，其指标均达到涂料行业标准HG/T4758-2014，产品适用性广，同时在轻防腐钢结构、陆地泵、千斤顶、车辆机械配件等领域均有良好的适用性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种水性耐磨漆，其特征在于：所述水性耐磨漆的制备原料按重量百分比包括：30-45％水性单组分环氧分散体、1-1.5％环氧促进剂、25-30％水性丙烯酸乳液、3-5％成膜助剂、0.2-0.4％消泡剂、0.7-1.0％分散剂、0.5-1.0％Ph调节剂、0.1-0.3％润湿流平剂、8-16％颜填料、0.55-1.0％增稠剂、1-3％防沉触变剂，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述消泡剂包括聚醚类消泡剂和有机硅型消泡剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述分散剂包括聚丙烯酸酯分散剂和聚氨酯分散剂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述Ph调节剂包括二甲基乙醇胺和三乙胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述润湿流平剂为聚醚硅氧烷型润湿流平剂。

6.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述水性耐磨漆还包括0.2-0.6％防闪锈助剂。

7.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。

8.根据权利要求1所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述防沉触变剂为有机改性硅酸盐型防沉触变剂或者气相二氧化硅。

9.根据权利要求1-8所述的水性耐磨漆，其特征在于：所述颜填料包括大红粉、钛白粉和硫酸钡中的至少一种。

10.根据权利要求1-9任一项所述的水性耐磨漆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

称取适量原料，将水性单组分环氧分散体加入到搅拌釜内，在搅拌过程中加入去离子水总量的50-65％、Ph调节剂总量的65-80％、环氧促进剂、分散剂、消泡剂、颜填料、防沉触变剂，搅拌均匀后再研磨至细度≤20μm，得到前期树脂浆；

另取搅拌釜加入水性丙烯酸乳液，在搅拌过程中加入剩余去离子水、剩余Ph调节剂、成膜助剂、润湿剂，均匀后得到后期乳液清漆；

在搅拌过程中，向所述前期树脂浆中加入所述后期乳液清漆和增稠剂，制得成品。