一种抗老化丙烯酸树脂涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体为一种抗老化丙烯酸树脂涂料及其制备方法。

背景技术：

1、在涂料技术领域，丙烯酸树脂涂料因具备良好的装饰性、耐候性和施工性能，被广泛应用于建筑、汽车、工业设备等诸多领域。然而，传统丙烯酸树脂涂料在面对复杂使用环境时，暴露出诸多性能短板，亟待解决。

2、抗老化性能不足是一大难题。在长期紫外线照射、温湿度变化等自然因素作用下，丙烯酸树脂分子链易发生断裂、降解，导致涂层出现变色、粉化、开裂等老化现象。例如，建筑外墙使用的丙烯酸树脂涂料，经过几年的日晒雨淋后，颜色明显褪色，表面粗糙，不仅影响建筑美观，还降低了对墙体的保护作用。这使得涂层的使用寿命缩短，增加了维护和重新涂装的成本。

3、涂料的硬度和耐磨性也有待提升。在日常使用中，涂层常受到摩擦、刮擦等外力作用，普通丙烯酸树脂涂料的硬度较低，容易产生划痕，耐磨性差，影响涂层的美观和使用性能。像汽车车身涂层，在行驶过程中容易被石子等硬物刮伤，降低了车辆的外观品质。

4、耐化学腐蚀性也是关键问题。在工业环境中，涂料会接触到各种化学物质，如酸、碱、溶剂等。传统丙烯酸树脂涂料的耐化学腐蚀性有限，在这些化学物质的侵蚀下，涂层容易出现起泡、剥落、失光等现象，无法满足工业设备的防护需求。

5、此外，一些特殊场景还对涂料提出了抗静电、自修复、阻燃等功能要求。例如，电子设备领域需要具有抗静电性能的涂料，以防止静电对电子元件造成损害；航空航天、汽车等行业对涂料的自修复和阻燃性能有较高要求，以保障安全。

6、针对以上问题，研发一种综合性能优异的抗老化丙烯酸树脂涂料迫在眉睫。本发明旨在通过添加改性纳米二氧化钛、改性有机硅聚合物等多种功能性原料，提升丙烯酸树脂涂料的抗老化、硬度、耐化学腐蚀等性能，并赋予其抗静电、自修复、阻燃等功能，满足不同领域日益增长的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗老化丙烯酸树脂涂料及其制备方法，解决了上述的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种抗老化丙烯酸树脂涂料，包含以下重量份原料：30-50份丙烯酸树脂、5-15份改性纳米二氧化钛、10-20份改性有机硅聚合物、3-8份固化剂、0.5-2份分散剂、0.5-2份流平剂、0.2-1份消泡剂、1-3份增塑剂、0.5-2份抗静电剂、3-8份纳米氧化锌、0.5-2份石墨烯纳米片、0.5-2份氟碳表面活性剂、3-8份膨胀型阻燃剂、2-6份自修复微胶囊。

4、进一步的，所述改性纳米二氧化钛，具体制备步骤如下：

5、a1、向三口烧瓶中加入无水乙醇和纳米二氧化钛粉末，将三口烧瓶放入超声分散仪超声处理30分钟，结束后将三口烧瓶安装在带有搅拌装置的加热套上，将搅拌转速设置为300r/min，再加入二月桂酸二丁基锡催化剂，并以20滴/分钟缓慢滴加3-氨基丙基三甲氧基硅烷，滴加完成后，升温至50℃并维持该温度反应6小时；反应结束后，将反应液转移至离心管中，通过高速离心机以8000r/min的转速离心15分钟，用无水乙醇对沉淀进行多次洗涤，每次洗涤后再次离心，直至气相色谱法测洗涤液检测不到未反应的3-氨基丙基三甲氧基硅烷，将洗涤后的沉淀放入真空干燥箱，在60℃下干燥8小时，得到第一次改性的纳米二氧化钛；无水乙醇、纳米二氧化钛粉末、二月桂酸二丁基锡、3-氨基丙基三甲氧基硅烷的用量比为200ml：10g：0.5g：5ml；

6、纳米二氧化钛表面存在大量的羟基，在二月桂酸二丁基锡催化剂的作用下，3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的甲氧基会发生水解反应，生成硅醇基，这些硅醇基会与纳米二氧化钛表面的羟基发生缩合反应，形成稳定的si-o-ti键，在纳米二氧化钛表面引入了氨基，实现了第一次改性，增强了纳米二氧化钛与有机基体的相容性。

7、a2、向四口烧瓶中加入甲苯和第一次改性的纳米二氧化钛，将搅拌转速设置为400r/min，搅拌20分钟；通过恒压滴液漏斗以20滴/分钟缓慢滴加马来酸酐，滴加完后再加入过氧化苯甲酰引发剂，升温至100℃，在此温度下反应8小时；反应结束后，将反应液冷却至室温，通过抽滤收集固体产物，用甲苯对产物进行多次洗涤，直至酸碱度检测测不到杂质；将洗涤后的产物放入真空干燥箱，在70℃下干燥10小时，得到第二次改性的纳米二氧化钛；甲苯、第一次改性的纳米二氧化钛、马来酸酐、过氧化苯甲酰的用量比为250ml：10g：8g：0.5g；

8、经过第一次改性后，纳米二氧化钛表面带有氨基。在这个步骤中，马来酸酐在过氧化苯甲酰引发剂的作用下，其分子中的碳-碳双键会发生自由基聚合反应。第一次改性纳米二氧化钛表面的氨基会与马来酸酐发生亲核加成反应，使得马来酸酐接枝到纳米二氧化钛表面。具体来说，氨基中的氮原子具有孤对电子，会进攻马来酸酐分子中的羰基碳原子，形成新的化学键。同时，过氧化苯甲酰分解产生自由基，引发马来酸酐的聚合反应，进一步在纳米二氧化钛表面形成聚合物链。

9、a3、将第二次改性的纳米二氧化钛加入到装有含有十六烷基三甲基溴化铵水溶液的三口烧瓶中，放入恒温水浴锅中，开启磁力搅拌，转速设置为350r/min，升温至60℃，在此温度下搅拌反应4小时；反应结束后，将反应液转移至离心管中通过高速离心机以10000r/min的转速离心15分钟，用去离子水对沉淀进行多次洗涤，每次洗涤后离心，直至洗涤液电导率法测不到未反应的十六烷基三甲基溴化铵；将洗涤后的沉淀放入真空干燥箱，在65℃下干燥12小时，得到所需改性纳米二氧化钛；第二次改性的纳米二氧化钛、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水的用量比为8g：0.5g：150ml。

10、十六烷基三甲基溴化铵是一种阳离子表面活性剂。第二次改性的纳米二氧化钛表面带有一些极性基团，在水溶液中，十六烷基三甲基溴化铵的阳离子头基[n(ch3)3]+会通过静电作用、氢键作用、范德华力与纳米二氧化钛表面的极性基团相互作用，使其吸附在纳米二氧化钛表面。这种吸附作用可以改变纳米二氧化钛的表面性质，如降低表面能，提高其在水溶液中的分散稳定性，同时也可以改善纳米二氧化钛与其他材料的界面性能，最终得到所需的改性纳米二氧化钛。

11、进一步的，所述改性有机硅聚合物，具体制备步骤如下：

12、将甲苯加入反应釜中，设置搅拌速度为300r/min，然后将端羧基聚丁二烯缓慢加入反应釜中，继续搅拌30分钟，开启加热系统，以5℃/min的升温速率将反应体系温度升高至80℃，在升温过程中，持续搅拌，同时通过气体流量计以50ml/min的流速向反应釜内通入氮气，置换反应体系中的空气；将乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二苯甲酰加入恒压滴液漏斗中，轻轻摇匀，期间持续通入氮气；反应结束后，关闭加热系统，开启冷却系统，以10℃/min的降温速率将反应体系温度降至室温，停止搅拌和氮气通入，打开反应釜的出料口，将反应产物转移至适合容器中，得到改性有机硅聚合物。甲苯、端羧基聚丁二烯、乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二苯甲酰的用量比为400ml：80g：50g：1.5g。

13、进一步的，所述固化剂为六甲氧基甲基三聚氰胺、双氰胺中的一种。

14、进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚乙二醇单丙烯酸酯共聚物、磷酸酯胺盐中的一种。

15、进一步的，所述流平剂为丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

16、进一步的，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物中的一种。

17、进一步的，所述膨胀型阻燃剂为膨胀型石墨、微胶囊化红磷中的一种。

18、进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油、柠檬酸三丁酯中的一种。

19、进一步的，所述自修复微胶囊为脲醛树脂包覆环氧树脂微胶囊、聚苯乙烯包覆有机硅微胶囊中的一种。

20、进一步的，所述抗静电剂为乙氧基化脂肪胺、十六烷基三甲基溴化铵中的一种。

21、一种抗老化丙烯酸树脂涂料的制备方法，具体包含如下步骤:

22、s1、启动高速混合机，将转速设置为800r/min，将丙烯酸树脂加入高速混合机中，保持此转速继续搅拌10分钟，接着加入分散剂，保持此转速搅拌5分钟；逐步提高混合机的转速至1000r/min，依次缓慢加入改性纳米二氧化钛、纳米氧化锌和石墨烯纳米片，每种原料加入后搅拌5分钟，再加入下一种原料；调整转速为1200r/min，将改性有机硅聚合物缓慢加入混合机，搅拌5分钟后，依次加入抗静电剂、氟碳表面活性剂搅拌5分钟；再加入膨胀型阻燃剂、自修复微胶囊，加入后搅拌5分钟；将混合机转速提高至1500r/min，依次加入流平剂、消泡剂、固化剂和增塑剂，全部加入完毕后，继续搅拌20分钟；

23、s2、将预混合好的物料加入双螺杆挤出机中，设定挤出机的温度为135℃，螺杆转速为300r/min，从挤出机挤出的物料通过水冷迅速冷却，然后进行造粒，得到粒径均匀的颗粒状物料；将颗粒状物料送入粉碎机中进行粉碎，粉碎后的粉末通过分级设备进行筛选，得到粒度为200目的粉末型涂料。

24、本发明提供了一种抗老化丙烯酸树脂涂料及其制备方法，具备以下有益效果：

25、1、改性纳米二氧化钛具有良好的光催化活性和紫外线屏蔽能力，能有效吸收和散射紫外线，减少紫外线对丙烯酸树脂的破坏，延缓涂料老化；改性有机硅聚合物则可提高涂料的耐候性和稳定性，两者协同作用，显著提升涂料的抗老化性能。

26、2、石墨烯纳米片具有优异的力学性能，其高强度和高模量特性可增强涂料的整体力学性能；增塑剂的加入能够改善涂料的柔韧性和可塑性，降低涂层的脆性，使涂料在保持一定硬度的同时，具备更好的抗冲击和抗变形能力。

27、3、纳米氧化锌具有良好的化学稳定性和抗菌性能，可增强涂料的耐化学腐蚀性；氟碳表面活性剂能降低涂料表面张力，提高涂层的耐水性和耐油性，使涂料对酸、碱、溶剂等化学物质具有更强的抵抗力。

28、4、自修复微胶囊在涂层受到损伤时，能破裂释放出修复物质，填充涂层的微小裂缝和缺陷，恢复涂层的完整性，延长涂料的使用寿命。抗静电剂的添加赋予涂料抗静电性能，减少灰尘吸附；膨胀型阻燃剂在火灾发生时能迅速膨胀形成隔热层，阻止火焰蔓延，提高涂料的阻燃性能，使涂料集多种功能于一体，满足不同场景的使用需求。氟碳表面活性剂不仅能降低表面张力提升耐水耐油性能，还可使涂层表面更加光滑，减少污垢附着；改性纳米二氧化钛和石墨烯纳米片也有助于优化涂层微观结构，进一步提升表面的抗沾污和自清洁能力，让涂层长期保持良好的外观状态。