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一种基于改性硫酸钙晶须的水性环保涂料及其制备方法与流程

2021-08-13 19:38:00 来源:中国专利 TAG:
本发明涉及涂料
技术领域
,具体涉及一种基于改性硫酸钙晶须的水性环保涂料及其制备方法。
背景技术
:近年来,环境问题日益严峻,各国政府对涂料中的挥发性有机化合物提出了更高要求,促使开发零voc或低voc的高质量涂料成为涂料领域关注的重点。研究者们从理论和技术角度进行了尝试,开发了环境友好且易于用水稀释的水性涂料体系,与溶剂型涂料相比,在降低成本的同时,其性能也可与溶剂型涂料相媲美。水性丙烯酸树脂涂料因在抗腐蚀、隔热、抗老化等方面的优良性能而备受青睐,但仍存在一些缺陷,如:单组分丙烯酸树脂涂料的硬度、耐醇、耐水性能较差,成膜时间长,固化不彻底,漆膜发白和表面缺陷等。为了改善水性丙烯酸树脂涂料的性能,研究者们对其进行了改性处理,方法有纳米材料改性水性丙烯酸树脂,有机氟/硅改性水性丙烯酸树脂,聚氨酯和环氧树脂改性水性丙烯酸树脂等。硫酸钙晶须作为特殊的晶体材料,晶体完整缺陷少,具有高强度、高模量及电、光、磁等其它优异性能。硫酸钙晶须物化性能优异,补强填充效果好,性价比高,集增强纤维与超细无机填料二者优势于一体,备受国内科研工作者的关注。在改性时硫酸钙晶须在基体中的分散性较差,常常需要对其表面进行改性,才能提高硫酸钙晶须与基体之间的结合力,最终实现高强的补强效果。技术实现要素:本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的不足,提供一种基于改性硫酸钙晶须的水性环保涂料及其制备方法,本发明采用磷石膏为原料制备硫酸钙晶须,将硫酸钙晶须分散后进行冷冻处理。真空冷冻干燥处理,制得气凝胶,之后采用溶剂蒸汽处理,稳定气凝胶结构,然后加入钛源和去离子水,钛源水解后在硫酸钙晶须表面形成钛纳米丝,从而制得性能优异的改性硫酸钙晶须,最后将其与水性丙烯酸涂料混合,得到性能优异的涂料。为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种基于改性硫酸钙晶须的水性环保涂料,包括改性硫酸钙晶须和水性丙烯酸涂料,二者质量比为1:10-20;所述改性硫酸钙晶须是首先以磷石膏为原料采用常压酸化法制备,然后采用二氧化钛纳米丝杂化制得;所述水性丙烯酸涂料包括丙烯酸类单体、乳化剂、引发剂、消泡剂和去离子水。作为上述技术方案的优选,水性丙烯酸涂料以重量份计,包括30-40份丙烯酸类单体、0.1-0.3份乳化剂、0.05-0.1份引发剂、0.1-0.2份消泡剂和60-70份去离子水。作为上述技术方案的优选,所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种混合。作为上述技术方案的优选,所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温80、span80中的一种或多种混合。作为上述技术方案的优选,所述引发剂为过硫酸钾。作为上述技术方案的优选,所述消泡剂为有机硅消泡剂。为更好的解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种基于改性硫酸钙晶须的水性环保涂料的制备方法,包括以下步骤:(1)将磷石膏研磨除杂,然后加入5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理3-5h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;(2)将硫酸钙晶须分散于去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中进行冷冻处理,然后进行冷冻干燥处理,最后进行溶剂蒸汽处理,制得硫酸钙晶须气凝胶;(3)将上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于无水乙醇中,加入钛酸四丁酯和去离子水,室温下静置处理10-20h,然后进行冷冻干燥,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;(4)将丙烯酸类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌均匀,然后加入引发剂,升温至60-80℃,反应3-5h,反应结束后冷却至室温,加入消泡剂和改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。作为上述技术方案的优选,步骤(2)、步骤(3)中,所述冷冻处理的温度为-20℃,冷冻处理的时间为10-20h;所述冷冻干燥的压力为5pa,冷冻干燥的时间为24h。作为上述技术方案的优选,步骤(2)中,所述溶剂蒸汽处理时采用的溶剂为dmf溶剂,处理温度为60℃,处理时间为1-2h。作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,所述钛酸四丁酯、去离子水、硫酸钙晶须气凝胶的用量比为1.2-1.5ml:0.15ml:3-5g。由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:本发明以磷石膏为原料制备硫酸钙晶须,成本低,解决了磷石膏污染环境的问题。为了提高硫酸钙晶须与基体的相容性,本发明将制得的硫酸钙晶须分散于去离子水中,依次进行冷冻、真空冷冻干燥处理,冷冻时,去离子水结晶形成晶体,硫酸钙晶须夹杂在晶体之间,在真空冷冻干燥时,溶剂升华,形成多孔的硫酸钙晶须框架,经溶剂蒸汽处理后,多孔的硫酸钙晶须框架得到稳定化处理,之后分散,并加入钛酸四丁酯和去离子水,钛酸四丁酯连续水解并在硫酸钙晶须表面生产,形成钛纳米丝,钛纳米丝在相邻硫酸钙晶须之间架桥从而形成稳定的纳米网,本发明制得的改性硫酸钙晶须不仅具有良好的力学性能,且与水性丙烯酸涂料基体相容性好,可很好的改善涂料的性能。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理3h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理10h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理1h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将3g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.2ml钛酸四丁酯和0.15ml去离子水,室温下静置处理10-20h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将30份丙烯酸、0.1份十二烷基苯磺酸钠和60份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.05份过硫酸钾,升温至60℃,反应3h,反应结束后冷却至室温,加入0.1份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。实施例2将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理5h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理20h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理1-2h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将5g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.5ml钛酸四丁酯和0.15ml去离子水,室温下静置处理20h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将40份丙烯酸、0.3份十二烷基苯磺酸钠和70份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.1份过硫酸钾,升温至80℃,反应5h,反应结束后冷却至室温,加入0.2份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。实施例3将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理4h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理15h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理1-2h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将3.5g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.2ml钛酸四丁酯和0.15ml去离子水,室温下静置处理10h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将32份丙烯酸、0.15份十二烷基苯磺酸钠和60份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.05份过硫酸钾,升温至60℃,反应3h,反应结束后冷却至室温,加入0.1份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。实施例4将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理4h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理15h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理1.5h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将4g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.5ml钛酸四丁酯和0.15ml去离子水,室温下静置处理20h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将35份丙烯酸、0.2份十二烷基苯磺酸钠和70份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.1份过硫酸钾,升温至80℃,反应5h,反应结束后冷却至室温,加入0.2份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。实施例5将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理4h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理20h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理2h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将4g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.3ml钛酸四丁酯和:0.15ml去离子水,室温下静置处理15h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将35份丙烯酸、0.2份十二烷基苯磺酸钠和60份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.1份过硫酸钾,升温至70℃,反应4h,反应结束后冷却至室温,加入0.1份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。实施例6将10g磷石膏研磨除杂,然后加入100ml5mol/l盐酸溶液,升温至90℃,3000rpm下搅拌处理5h,趁热过滤,过滤后的固体洗涤至中性后干燥制得硫酸钙晶须;将1g硫酸钙晶须分散于50ml去离子水中,制得的分散液加入到圆柱状模具中-20℃下进行冷冻处理18h,然后在5pa、-20℃下进行真空冷冻干燥处理24h,最后采用dmf溶剂对气凝胶在60℃下进行溶剂蒸汽处理2h,制得硫酸钙晶须气凝胶;将4g上述制得的硫酸钙晶须气凝胶置于50ml无水乙醇中,加入1.3ml钛酸四丁酯和0.15ml去离子水,室温下静置处理15h,然后进行5pa、-20℃下冷冻干燥24h,之后研磨制得改性硫酸钙晶须;以重量份计,将35份丙烯酸、0.2份十二烷基苯磺酸钠和70份去离子水混合搅拌均匀,然后加入0.1份过硫酸钾,升温至60℃,反应4h,反应结束后冷却至室温,加入0.1份有机硅消泡剂和9.5份改性硫酸钙晶须,搅拌混合均匀制得水性环保涂料。下面对上述制得的水性涂料进行性能测试,测试结果如表1所示。表1附着力,级抗冲击力,级耐腐蚀,级实施例1198实施例2199实施例3199实施例4198实施例5199实施例6199从上述测试结果可以看出本发明制得的水性涂料性能优异。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。当前第1页12
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