一种水性涂料组合物及涂膜形成方法与流程

1.本发明涉及水性涂料技术领域，具体为一种水性涂料组合物，本发明还提供一种水性涂料组合物的涂膜形成方法。


背景技术：

2.涂料是一种含颜料或不含颜料的，用树脂及油等制成的化工产品。将涂料涂覆在物体表面上能够干结成膜，使被涂物体的表面与环境介质相隔离，从而对被涂物体起到的保护和装饰的作用。根据功能不同，涂料包括：装饰涂料、防腐涂料、隔热涂料和防火涂料等。近年来，随着人们生活质量提高，对文化艺术的档次提升，装饰涂料尤其是家具涂装用漆需求量大增。
3.涂料的耐候性是指涂膜抵抗因受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋以及大气中各种污染物，尤其是酸性污染物的影响，而出现的褪色、变色、龟裂、粉化、剥落、附着力下降等一系列老化现象的能力。其中紫外线照射是促使涂膜老化的关键因素。日光中短波长的紫外线具有很大的能量，涂料中的粘结剂分子吸收紫外光而被活化，与氧分子结合形成过氧化物，进行连锁反应，使树脂降解。目前水性涂料提高耐候性的方法主要是采用耐候性能比较好的氟碳乳液或有机硅改性树脂乳液等，但是这种涂料的制作成本比较高，价格昂贵，施工条件要求比较高。
4.使用水性中间涂料组合物形成多层涂膜的方法可能存在问题，在透明涂料组合物中包含的溶剂的渗透导致中间涂膜和底层涂膜的膨胀，因此形成微小的表面粗糙度，由此降低生成的多层涂膜的光滑度，这导致不令人满意的成品外观。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种水性涂料组合物及涂膜形成方法，利用乳液聚合物、涂料助剂和水代替耐候性能比较好的氟碳乳液或有机硅改性树脂乳液等，不仅具有良好的耐温变性，附着力，高温储存不易回粘，抗划伤性能优异等特点，成本低，对施工条件的限制少，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种水性涂料组合物，包括乳液聚合物、涂料助剂和水，所述涂料助剂按质量份数比包括含羧基水性树脂40
‑
60份、含羧基改性淀粉30
‑
50份、固化剂15
‑
25份、附着力调节剂10
‑
15份、硅藻土10
‑
20份、成膜剂10
‑
15份和二氧化钛颗粒5
‑
8份、分散剂2
‑
3份、消泡剂2
‑
6份。
8.其中，所述水性涂料组合物的制备方法包括：
9.s1、按照上述质量份要求准确称取各原料，将乳液聚合物、含羧基水性树脂40
‑
60份、含羧基改性淀粉30
‑
50份、固化剂15
‑
25份、附着力调节剂10
‑
15份、和二氧化钛颗粒5
‑
8份、分散剂2
‑
3份进行搅拌混合；
10.s2、再将硅藻土10
‑
20份和成膜剂10
‑
15份细粉加入至上述容器的混合液中静置恒
温反应30
‑
60min，再持续搅拌恒温反应20
‑
40min，将填料与润湿剂加入至润湿分散液中进行恒温超声曝气反应2
‑
4h，得到分散悬浊液；
11.s3、添加消泡剂2
‑
6份至上述分散悬浊液中搅拌恒温反应2
‑
4h，静置恒温反1
‑
2h，冷却后得到水性涂料组合物。
12.其中，所述含羧基水性树脂的玻璃化转变温度为
±
50℃，所述玻璃化转变温度更优选为
±
30℃。
13.其中，所述硅藻土采用硅藻土颗粒，所述硅藻土颗粒的粒径为100
‑
500μm。
14.其中，所述消泡剂采用聚氧乙烯脂肪醇醚，所述分散剂采用十二烷基硫酸钠。
15.其中，所述聚合物乳液是含有来自(丙烯酸和甲基丙烯酸中的1种以上的单体的结构单元和来自疏水性乙烯基单体的结构单元的无规共聚物或嵌段共聚物，并且该聚合物是酸值为150mgkoh/g以上300mgkoh/g以下的含羧基聚合物。
16.其中，经过步骤s2时，将疏水剂加入所述步骤s2所得的具有微粒的溶液中，以对微粒进行改性，疏水剂可为硅系疏水剂、氟系疏水剂、碳水化合物疏水剂、碳氢化合物疏水剂或上述的组合。
17.一种水性涂料组合物的涂膜形成方法，包括在被涂物上形成底涂着色涂膜、中涂着色涂膜，然后形成上涂着色涂膜，从而形成复层式着色涂膜，具体步骤如下：
18.s1、首先在瓶中采取试料35mg，添加含有0.06质量％的bht作为稳定剂的邻二氯苯20g，取加热到135℃的油浴对试料进行溶解，用孔径2.5μm的聚四氟乙烯过滤器进行热过滤，制备聚合物浓度0.1质量％的试料溶液，向底物涂覆权利要求1至7中任一项所述的水性涂料组合物以形成底涂膜，向底物涂覆权利要求1至7中任一项所述的水性涂料组合物以形成底涂膜；
19.s2、在未固化的底涂膜上涂覆透明涂料组合物以形成透明涂膜；
20.s3、加热所述未固化的底涂膜和未固化的透明涂膜以同时固化两种涂膜；
21.s4、当使用权利要求1至7中任一项所述的涂料组合物形成具有105μm的厚度的涂膜时，该涂膜获得了0.15
‑
11的雾度值。
22.其中，通过涂覆水性第一着色涂料组合物形成底涂着色涂膜；通过将水性第二着色涂料组合物涂覆于所述底涂着色涂膜上形成中涂着色涂膜；通过将透明涂料组合物涂覆于所述中涂着色涂膜中形成上涂着色涂膜，所述上涂着色涂膜呈透明着色涂膜。
23.其中，在底涂着色涂膜和中涂着色涂膜上形成包含着色颜料和消光剂的彩色透明涂膜，所述彩色透明涂膜中的着色颜料是透明性颜料，且彩色透明涂膜添加有100质量份树脂固体成分，所述树脂固体成分包括载色剂。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明通过采用乳液聚合物、涂料助剂和水代替耐候性能比较好的氟碳乳液或有机硅改性树脂乳液等，不仅具有良好的耐温变性，附着力，高温储存不易回粘，抗划伤性能优异等特点，成本低，对施工条件的限制少；
26.本发明提供的成膜方法中，形成具有105μm的厚度的涂膜时，该涂膜获得了0.15
‑
11的雾度值，能使得最终形成的膜层具有较好的边缘斜面，使得形成的膜层和底部膜层有很好的粘附性，层层叠涂，提升反应速度，提高生产率，并且能改善膜层的台阶覆盖，去除表面缺陷，使得后续的光刻工艺更简化。
附图说明
27.图1为本发明的一种水性涂料组合物的制备流程图；
28.图2为本发明的水性涂料组合物的涂膜形成方法流程图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通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。
30.实施例1
31.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
32.一种水性涂料组合物，包括乳液聚合物、涂料助剂和水，所述涂料助剂按质量份数比包括含羧基水性树脂40
‑
60份、含羧基改性淀粉30
‑
50份、固化剂15
‑
25份、附着力调节剂10
‑
15份、硅藻土10
‑
20份、成膜剂10
‑
15份和二氧化钛颗粒5
‑
8份、分散剂2
‑
3份、消泡剂2
‑
6份。
33.所述水性涂料组合物的制备方法包括：
34.s1、按照上述质量份要求准确称取各原料，将乳液聚合物、含羧基水性树脂40份、含羧基改性淀粉30份、固化剂15份、附着力调节剂10份、和二氧化钛颗粒5份、分散剂2份进行搅拌混合；
35.s2、再将硅藻土10份和成膜剂10份细粉加入至上述容器的混合液中静置恒温反应30
‑
60min，再持续搅拌恒温反应20
‑
40min，将填料与润湿剂加入至润湿分散液中进行恒温超声曝气反应2
‑
4h，得到分散悬浊液；
36.s3、添加消泡剂2份至上述分散悬浊液中搅拌恒温反应2
‑
4h，静置恒温反1
‑
2h，冷却后得到水性涂料组合物。
37.所述含羧基水性树脂的玻璃化转变温度为
±
50℃，如果玻璃化转变温度低于
‑
50℃，则存在涂膜的粘着感(粘附感)变强的倾向；另一方面，如果高于 50℃，则存在涂膜发生裂纹等的问题的倾向。所述玻璃化转变温度更优选为
±
30℃。
38.所述硅藻土采用硅藻土颗粒，所述硅藻土颗粒的粒径为100
‑
500μm，所述消泡剂采用聚氧乙烯脂肪醇醚，所述分散剂采用十二烷基硫酸钠，所述聚合物乳液是含有来自(丙烯酸和甲基丙烯酸中的1种以上的单体的结构单元和来自疏水性乙烯基单体的结构单元的无规共聚物或嵌段共聚物，并且该聚合物是酸值为150mgkoh/g以上300mgkoh/g以下的含羧基聚合物。
39.经过步骤s2时，将疏水剂加入所述步骤s2所得的具有微粒的溶液中，以对微粒进行改性，疏水剂可为硅系疏水剂、氟系疏水剂、碳水化合物疏水剂、碳氢化合物疏水剂或上述的组合。硅系疏水剂可为硅氧烷、硅烷、聚硅氧烷或上述的组合。氟系疏水剂例如为氟硅烷、氟烷基硅烷、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、聚偏氟乙烯、官能性氟烷化合物或上述的组合，碳水化合物或碳氢化合物疏水剂可为活性蜡、聚乙烯、聚丙烯或上述的组合。
40.请参阅附图2，本发明还提供一种水性涂料组合物的涂膜形成方法，包括在被涂物上形成底涂着色涂膜、中涂着色涂膜，然后形成上涂着色涂膜，从而形成复层式着色涂膜，
具体步骤如下：
41.s1、首先在瓶中采取试料35mg，添加含有0.06质量％的bht作为稳定剂的邻二氯苯20g，取加热到135℃的油浴对试料进行溶解，用孔径2.5μm的聚四氟乙烯过滤器进行热过滤，制备聚合物浓度0.1质量％的试料溶液，向底物涂覆权利要求1至7中任一项所述的水性涂料组合物以形成底涂膜，向底物涂覆权利要求1至7中任一项所述的水性涂料组合物以形成底涂膜；
42.s2、在未固化的底涂膜上涂覆透明涂料组合物以形成透明涂膜；
43.s3、加热所述未固化的底涂膜和未固化的透明涂膜以同时固化两种涂膜；
44.s4、当使用权利要求1至7中任一项所述的涂料组合物形成具有105μm的厚度的涂膜时，该涂膜获得了0.15
‑
11的雾度值。
45.具体的，通过涂覆水性第一着色涂料组合物形成底涂着色涂膜；通过将水性第二着色涂料组合物涂覆于所述底涂着色涂膜上形成中涂着色涂膜；通过将透明涂料组合物涂覆于所述中涂着色涂膜中形成上涂着色涂膜，所述上涂着色涂膜呈透明着色涂膜。
46.具体的，在底涂着色涂膜和中涂着色涂膜上形成包含着色颜料和消光剂的彩色透明涂膜，所述彩色透明涂膜中的着色颜料是透明性颜料，且彩色透明涂膜添加有100质量份树脂固体成分，所述树脂固体成分包括载色剂。
47.实施例2
48.所述水性涂料组合物的制备方法包括：
49.s1、按照上述质量份要求准确称取各原料，将乳液聚合物、含羧基水性树脂60份、含羧基改性淀粉50份、固化剂25份、附着力调节剂15份、和二氧化钛颗粒8份、分散剂3份进行搅拌混合；
50.s2、再将硅藻土20份和成膜剂15份细粉加入至上述容器的混合液中静置恒温反应30
‑
60min，再持续搅拌恒温反应20
‑
40min，将填料与润湿剂加入至润湿分散液中进行恒温超声曝气反应2
‑
4h，得到分散悬浊液；
51.s3、添加消泡剂6份至上述分散悬浊液中搅拌恒温反应2
‑
4h，静置恒温反1
‑
2h，冷却后得到水性涂料组合物。
52.实施例3
53.涂敷本发明的水性中涂涂料组合物，通常使固化涂膜的厚度约为10
‑
35μm，涂敷后，为了使涂料组合物中的水、有机溶,剂等媒介物挥发、干燥，通常进行预干燥。进一步在上述未固化的或在约110
‑
180℃温度下加热约15
‑
55分钟，而固化后的中涂着色涂膜上形成上涂着色涂膜，所述上涂着色涂膜，可以使用公知的各种的上涂涂膜涂料聚合体，按照公知的各种涂敷工序及固化工序来形成。即：作为上涂涂膜涂料聚合体，可以使用着色涂料组合物、透明涂料组合物等形成单层、两层以上的复层上涂涂膜。上涂涂膜涂料聚合体可以为有机溶液型，也可以为水性型，但从低voc化的观点考虑，优选水性型的组合物作为上涂涂料组合物。
54.实施例4
55.所述含羧基水性树脂树脂树脂可为聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂，而水溶性聚合物可为聚酯、聚乙二醇或聚乙烯醇。以1重量份的溶胶
‑
凝胶前驱物作基准，树脂用量约介于1至30重量份或约介于3至10重量份、水溶性聚合物用量约介于0.01至5重量份或
约介于0.05至1重量份、且水用量约介于1至100重量份或约介于5至50重量份。若树脂用量过低，则无法增加最终形成的涂料对基材的黏着性。若树脂用量过高，则导致涂膜厚度过厚。若水溶性聚合物用量过低，则无法有效包覆树脂，即疏水剂改性的微粒仍将包埋于树脂中；若水溶性聚合物用量过高，则可能有干燥后溶出的疑虑；若水用量过低，则分散液黏度可能过大；若水用量过高，则涂布均匀性将变差；水溶性聚合物的重均分子量约介于1000至30000之间或约介于1500至15000之间；若水溶性聚合物的重均分子量过低，则无法有效将树脂完全包覆；若水溶性聚合物的重均分子量过高，则容易使分散液黏度过高。
56.实施例5
57.所述含羧基水性树脂可以使用包含杂原子配体的茂金属聚合催化剂制得。通常包含杂原子配体的茂金属聚合催化剂利用配体的设计能够控制微观规整性，即得到的聚丙烯主链与无规立构聚丙烯不同，含有可以结晶化的长链的等规立构嵌段，存在等规立构嵌段，意味着主链中也同时存在由立体规整性混乱的序列组成的嵌段。在使用茂金属催化剂聚合得到的聚丙烯主链中，具有结晶性的嵌段和非晶性的嵌段共存，并且具有结晶性的嵌段由具有较长的平均链长的等规立构嵌段形成，成为了特异结构，所述特异结构是指成为了富于等规立构性的结构；使用了包含杂原子配体的茂金属聚合催化剂聚合得到的聚烯烃的涂料，在即使100℃以下得到的涂膜中，可以良好地获得本发明的效果。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
59.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
60.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。