改性碳酸钙浆料及制备方法、SMC基材用水性单组分涂料及制备方法和应用与流程

改性碳酸钙浆料及制备方法、smc基材用水性单组分涂料及制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及水性涂料技术领域，尤其是涉及一种改性碳酸钙浆料及制备方法、smc基材用水性单组分涂料及制备方法和应用。


背景技术：

2.smc是一种复合材料，属于玻璃钢的一种，主要由gf(专用纱)、md(填料)及各种助剂制成。smc具有优越的电气性能，耐腐蚀性能、质轻等优点，其机械性能与部分金属材料相媲美，因而广泛应用于电气、电子、车辆、建筑、化工和航空等行业中。
3.但是由于smc添加有大量玻璃微珠，在生产流水线上要求免打磨，导致其表面光滑且存在脱模剂，如何提高涂料在smc表面的附着力成为涂装行业的痛点。
4.传统smc采用油性双组分聚氨酯涂料进行涂装，但是随着近年来环保要求日渐严格，voc的排放在线检测，研发一种smc用水性涂料成为涂装领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种用于提高smc用水性涂料附着力的改性碳酸钙浆料，以改善现有smc用涂料为油性双组分聚氨脂涂料，无法满足环保要求的技术问题。
6.本发明提供的改性碳酸钙浆料，包括按质量分数计的以下组分：轻质碳酸钙45％
‑
60％，膨润土3％
‑
5％和水30％
‑
50％。
7.进一步的，所述改性碳酸钙浆料包括按质量分数计的以下组分：轻质碳酸钙50％
‑
60％、膨润土3％
‑
5％，水30％
‑
40％和分散剂3％
‑
5％；
8.所述分散剂包括聚丙烯酸钠、正硅酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚铝酸钠、四硼酸钠、三磷酸钠或柠檬酸钠中的至少一种。
9.进一步的，所述轻质碳酸钙和所述膨润土的粒径均为1000
‑
2000目；
10.优选地，所述轻质碳酸钙和所述膨润土的粒径均为1000
‑
1500目。
11.本发明的目的之二在于提供上述改性碳酸钙浆料的制备方法，按照以下步骤进行：将轻质碳酸钙、膨润土、水和任选的分散剂混合均匀，得到改性碳酸钙浆料。
12.本发明的目的之三在于提供一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量分数计的以下原料：本发明目的之一提供的改性碳酸钙浆料2％
‑
5％，丙烯酸环氧杂化乳液45％
‑
60％，聚碳化二亚胺3％
‑
10％，颜填料20％
‑
40％和水5％
‑
15％。
13.进一步的，所述smc基材用水性单组分涂料包括按质量分数计的以下原料：改性碳酸钙浆料2％
‑
5％，丙烯酸环氧杂化乳液50％
‑
60％，聚碳化二亚胺3％
‑
7％，颜填料20％
‑
40％，助剂0.1
‑
7％和水5％
‑
15％。
14.进一步的，所述颜填料包括钛白粉、硫酸钡或色浆中的至少一种；
15.优选地，所述硫酸钡的粒径为1000
‑
1500目；
16.优选地，所述色浆为炭黑色浆。
17.进一步，所述助剂包括消泡剂、增稠剂、分散剂、助溶剂、润湿剂或流平剂中的至少一种。
18.本发明的目的之四在于提供上述smc基材用水性单组分涂料的制备方法，按照以下步骤进行：将改性纳米轻质碳酸钙浆料、丙烯酸环氧杂化乳液、聚碳化二亚胺、颜填料、水和任选的助剂混合均匀，得到smc基材用水性单组分涂料。
19.本发明的目的之五在于提供上述smc基材用水性单组分涂料在车辆、建筑、化工或航空领域的应用。
20.本发明提供的改性碳酸钙浆料中，膨润土分散在水中溶胀后形成卡屋结构，将轻质碳酸钙颗粒吸附并形成锚定，从而形成稳定的浆料，其易于均匀分散于水性涂料体系，并利用膨润土所具有的官能团及卡屋结构，增强水性涂料与smc基材的附着力以及基材空隙填充性能，同时还能够提高水性涂料的机械性能、耐热性、耐温变性、耐湿性以及耐表面活性剂性能。
21.本发明提供的smc基材用水性单组分涂料，通过聚碳化二亚胺与丙烯酸环氧杂化乳液反应，提高水性树脂的机械强度，并协同分散在水性体系中的改性碳酸钙浆料进一步提高与smc基材的附着力、耐水性和耐化学品性能，同时干燥快，易于施工，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
22.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
23.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种改性碳酸钙浆料，包括按质量分数计的以下组分：轻质碳酸钙45％
‑
60％、膨润土3％
‑
5％和水30％
‑
50％。
24.在本发明中，膨润土是以蒙脱石为主要成分的一类层状硅酸盐粘土矿，蒙脱石为少量碱及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，其结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构。
25.轻质碳酸钙的沉降体积(2.4
‑
2.8ml/g)比重质碳酸钙沉降体积(1.1
‑
1.9ml/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。轻质碳酸钙的相对于密度为2.7
‑
2.9，沉降体积为2.5ml/g以上。
26.典型但非限制性的，在本发明提供的改性碳酸钙浆料中，轻质碳酸钙的质量分数如为45％、48％、50％、52％、55％、58％或60％，膨润土的质量分数如为3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％，水的质量分数如为30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％或50％。
27.本发明提供的改性碳酸钙浆料中，膨润土分散在水中溶胀后形成卡屋结构，将轻质碳酸钙颗粒吸附并形成锚定，从而形成稳定的浆料，其易于均匀分散于水性涂料体系，并利用膨润土所具有的官能团及卡屋结构，增强水性涂料与smc基材的附着力以及基材空隙填充性能，同时还能够提高水性涂料的机械性能、耐热性、耐温变性、耐湿性以及耐表面活性剂性能。
28.在本发明的一种优选方案中，改性碳酸钙浆料中，轻质碳酸钙的质量分数为50％
‑
60％，膨润土的质量分数为3％
‑
5％，水的质量分数为30％
‑
40％，且还含有质量分数为3％
‑
5％的分散剂时，更利于轻质碳酸钙颗粒均匀稳定锚定于膨润土形成的卡屋结构中，从而使得形成的改性碳酸钙浆料的性能更稳定更均一。
29.典型但非限制性的，分散剂选自聚丙烯酸钠、正硅酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚铝酸钠、四硼酸钠、三磷酸钠或柠檬酸钠中的一种或几种。
30.优选地，膨润土的粒径为1000
‑
2000目，以利于膨润土在水中分散均匀，并在吸水溶胀后形成均匀分散的多个卡屋结构，尤其是当膨润土的粒径为1000
‑
1500目时，更利于在水中分散形成卡屋结构。
31.典型但非限制性的，膨润土的粒径如为1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900或2000目。
32.优选地，轻质碳酸钙的粒径为1000
‑
2000目，以利于轻质碳酸钙颗均匀分散吸附锚定于膨润土吸水溶胀后形成的卡屋结构中，增强浆料的稳定性，尤其是当轻质碳酸钙的粒径为1000
‑
1500目时，更利于均匀分散吸附锚定于膨润土吸水溶胀后形成的卡屋结构中。
33.典型但非限制性的，轻质碳酸钙的粒径如为1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900或2000目。
34.优选地，水为去离子水，以避免水中的杂质影响浆料分散的稳定性和均一性。
35.根据本发明的第二个方面，本发明提供了上述改性碳酸钙浆料的制备方法，按照以下步骤进行：将轻质碳酸钙、膨润土、水和任选的分散剂混合均匀，得到改性碳酸钙浆料。
36.在本发明的一种优选方案中，改性碳酸钙浆料按照如下步骤制备而成：
37.将去离子水、分散剂和1250目的轻质改酸钙高速分散30min，使其细度为30微米，再加入粒径为1000
‑
1500目的膨润土，高速分散，使膨润土充分溶胀，形成卡屋结构，将分散好的轻质碳酸钙颗粒吸附锚定，静置10min，形成一个均一稳定的浆料。
38.根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量分数计的如下原料：本发明第一个方面提供的改性碳酸钙浆料2％
‑
5％，丙烯酸环氧杂化乳液45％
‑
60％，聚碳化二亚胺3％
‑
10％，颜填料20％
‑
40％和水5％
‑
15％。
39.在本发明中，丙烯酸环氧杂化乳液，质量分数为50％
‑
55％，ph值8.5
‑
9.5，最低成膜温度15
±
2℃，其由市售购买得到，包括但不限于陶氏。
40.聚碳化二亚胺用于和丙烯酸环氧杂化乳液中的羧基进行反应，以提高涂料的漆膜强度。
41.颜填料的加入一方面为了降低涂料的成本，另一方面也有利于改善涂料的色泽以及机械性能。
42.在本发明提供的smc基材用水性单组分涂料中，改性碳酸钙浆料的质量分数如为2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.5％或5％；丙烯酸环氧杂化乳液的质量分数如为45％、48％、50％、52％、55％、58％或60％，聚碳化二亚胺的质量分数如为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％；颜填料的质量分数如为20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％或40％；水的质量分数如为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％。
43.本发明提供的smc基材用水性单组分涂料，通过聚碳化二亚胺与丙烯酸环氧杂化乳液反应，提高水性树脂的机械强度，并协同分散在水性体系中的改性碳酸钙浆料进一步
提高与smc基材的附着力、耐水性和耐化学品性能，同时干燥快，易于施工，具有广阔的应用前景。
44.另外，本发明提供的smc基材用水性单组分涂料具有优异的防锈性能，施工时间可达5小时以上，环境友好，为无毒无公害的环保型水性产品。
45.在本发明的一种优选方案中，颜填料包括钛白粉、硫酸钡或色浆中一种或几种。
46.钛白粉是一种染料及颜料，具有较好的耐气候性、耐水性和不易黄变的特点。
47.硫酸钡为白色无定形粉末，性质稳定，难溶于水、酸、碱或有机溶剂。
48.优选地，硫酸钡为超细硫酸钡，粒径为1000
‑
1500目，以利于在涂料中均匀分散。
49.优选地，色浆为炭黑色浆，以利于制备得到的smc基材用水性单组分涂料作为底漆使用。
50.在本发明的一种优选方案中，smc基材用水性单组分涂料中同时含有钛白粉、硫酸钡和炭黑色浆，其中，钛白粉的质量分数为15％
‑
22％，硫酸钡的质量分数为8％
‑
15％，炭黑色浆的质量分数为0.7％
‑
1％，以利于制备得到的smc基材在具备优异粘附性能和机械性能的同时成本更低廉。
51.典型单非限制性的，smc基材用水性单组分脂涂料中，钛白粉的质量分数如为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％或22％；硫酸钡的质量分数如为8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％；炭黑色浆的质量分数如为0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1％。
52.在本发明的一种优选方案中，smc基材用水性单组分涂料中还包括助剂以进一步提高smc基材用水性单组分涂料的综合性能。
53.优选地，smc基材用水性单组分涂料包括按质量分数计的以下原料：改性碳酸钙浆料2％
‑
5％、丙烯酸环氧杂化乳液50％
‑
60％、聚碳化二亚胺3％
‑
7％、颜填料20％
‑
40％、助剂0.1
‑
7％和水5％
‑
15％时，制备得到的smc基材用水性单组分涂料在smc基材表面的附着力更强，耐水性和耐化学品性能更也优异。
54.优选地，助剂包括消泡剂、增稠剂、分散剂、助溶剂、润湿剂或流平剂中的一种或几种。
55.优选地，所述消泡剂为疏水改性有机硅类消泡剂，如byk
‑
024。
56.优选地，所述分散剂为阴离子型分散剂，如byk
‑
154/181。
57.优选地，增稠剂为聚氨酯增稠剂，通过市售购买得到。
58.优选地，助溶剂为dpnb(二丙二醇丁醚)。
59.优选地，润湿剂为阴离子型分散剂，如byk
‑
346。
60.优选地，流平剂为tego 450。
61.在本发明的一种优选方案中，smc基材用水性单组分涂料包括按质量分数计的如下助剂：消泡剂0.1％
‑
0.3％、分散剂0.3％
‑
0.6％、助溶剂2％
‑
5％，润湿剂0.1％
‑
0.5％，增稠剂0.2％
‑
1％。
62.典型但非限制性的，smc基材用水性单组分涂料中，消泡剂的质量分数如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％；分散剂的质量分数如为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％；助溶剂的质量分数如为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％；润湿剂的质量分数如为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％；增稠剂的质量分数如为0.2％、
0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
63.根据本发明的第四个方面，本发明提供了上述smc基材用水性单组分涂料的制备方法，按照以下步骤进行：将改性碳酸钙浆料、丙烯酸环氧杂化乳液、聚碳化二亚胺、颜填料、水和任选的助剂混合均匀，得到smc基材用水性单组分涂料。
64.本发明提供的smc基材用水性涂料的制备方法工艺简单，易于操作，且安全环保，易于进行规模化大生产。
65.根据本发明的第五个方面，本发明提供了上述smc基材用水性单组分涂料在车辆、建筑、化工或航空领域的应用。
66.为了便于本领域技术人员理解，下面结合实施例和对比例将本发明提供的技术方案做进一步的描述。
67.实施例及对比例所采用的原料的厂家及型号如下表1所示，表中未写明原料均通过市售购买得到。
68.表1
69.原料名称厂家型号消泡剂byk
‑
024分散剂byk
‑
154/181轻质碳酸钙1250目膨润土1500目钛白粉金红石型硫酸钡1250目丙烯酸环氧杂化乳液陶氏aeh
‑
20助溶剂dpnb润湿剂byk
‑
346流平剂tego 450炭黑色浆sg2270增稠剂聚氨酯
70.实施例1
71.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料3份、丙烯酸环氧杂化乳液52份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡10份，去离子水10份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份。
72.上述改性碳酸钙浆料按照以下步骤制备而成：将去离子水、六偏磷酸钠、1250目轻质碳酸钙高速分散30分钟至细度30微米，再加入膨润土，高速分散，使膨润土充分溶胀，形成卡屋结构，将分散好的轻质碳酸钙颗粒吸附形成锚定，静置10分钟，形成均一稳定的改性碳酸钙浆料，其中按质量份数计，去离子水为35份，1250目轻质碳酸钙为55份，膨润土为5份，六偏磷酸钠为5份。
73.实施例2
74.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料3.5份、丙烯酸环氧杂化乳液52份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目
硫酸钡10份，去离子水9.5份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
75.实施例3
76.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料4份、丙烯酸环氧杂化乳液52份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡10份，去离子水9份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
77.实施例4
78.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料5份、丙烯酸环氧杂化乳液50份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉17份，1250目硫酸钡10份，去离子水9份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
79.实施例5
80.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料2份、丙烯酸环氧杂化乳液60份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉10份，1250目硫酸钡10份，去离子水9份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
81.实施例6
82.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料5份、丙烯酸环氧杂化乳液45份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡12份，去离子水13份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2钡，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
83.实施例7
84.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，其与实施例1的不同之处在于，改性碳酸钙浆料的原料的质量配比与实施例1不同，在本实施例中，改性碳酸浆料的原料按质量份数计，去离子水为30份，1250目轻质碳酸钙为60份，膨润土为5份，六偏磷酸钠为5份，改性碳酸钙浆料的制备方法同实施例1，在此不再赘述。
85.实施例8
86.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，其与实施例1的不同之处在于，制备改性碳酸钙浆料的原料的质量配比与实施例1不同，在本实施例中，改性碳酸浆料的原料按照质量份数计，去离子水为40份，1250目轻质碳酸钙为50份，膨润土为5份，六偏磷酸钠为5份，改性碳酸钙浆料的制备方法同实施例1，在此不再赘述。
87.实施例9
88.本实施例提供了一种smc基材用水性单组分涂料，其与实施例1的不同之处在于，
制备改性碳酸钙浆料的原料的质量配比与实施例1不同，在本实施例中，改性碳酸浆料的原料按照质量份数计，去离子水为38份，1250目轻质碳酸钙为55份，膨润土为4份，六偏磷酸钠为3份，改性碳酸钙浆料的制备方法同实施例1，在此不再赘述。
89.上述实施例1
‑
9提供的smc基材用水性单组分涂料按照以下步骤制备得到：将改性碳酸钙浆料、丙烯酸环氧杂化乳液、聚碳化二亚胺、钛白粉、硫酸钡、消泡剂、分散剂、助溶剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、炭黑色浆以及水、混合均匀，得到smc基材用水性单组分涂料。
90.对比例1
91.本对比例提供了一种水性涂料，包括按质量份数计的如下原料：丙烯酸环氧杂化乳液52份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡10份，去离子水13份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份。
92.对比例2
93.本对比例提供了一种水性涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料1份，丙烯酸环氧杂化乳液52份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡10份，去离子水12份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
94.对比例3
95.本对比例提供了一种水性涂料，包括按质量份数计的如下原料：改性碳酸钙浆料10份，丙烯酸环氧杂化乳液40份，聚碳化二亚胺4份，钛白粉16份，1250目硫酸钡10份，去离子水10份，消泡剂0.1份，分散剂0.5份，助溶剂2份，润湿剂0.3份，流平剂0.2份，炭黑色浆0.8份，增稠剂1份，其中，改性碳酸钙浆料与实施例1中采用的改性碳酸钙浆料为同批次。
96.对比例4
97.本对比例提供了一种水性涂料，其与实施例1的不同之处在于，采用的改性碳酸钙浆料的组成不同，在本对比例中，改性碳酸钙浆料由按质量份数计的如下原料制成：轻质碳酸钙60份，膨润土1份，六偏磷酸钠5份和水34份，改性碳酸钙浆料制备方法同实施例1，在此不再赘述。
98.对比例5
99.本对比例提供了一种水性涂料，其与实施例1的不同之处在于，采用的改性碳酸钙浆料的组成不同，在本对比例中，改性碳酸钙浆料由按质量份数计的如下原料制成：轻质碳酸钙50份，膨润土10份，六偏磷酸钠5份和水35份，改性碳酸钙浆料制备方法同实施例1，在此不再赘述。
100.对比例1
‑
5提供的水性涂料的制备方法按照如下步骤进行：
101.将丙烯酸环氧杂化乳液、聚碳化二亚胺、钛白粉、硫酸钡、消泡剂、分散剂、助溶剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、炭黑色浆、水以及任选的改性碳酸钙浆料混合均匀，得到smc基材用水性单组分涂料。
102.试验例1
103.测定实施例1
‑
9及对比例1
‑
5提供的水性涂料在容器中的状态、漆膜颜色及外观、硬度、附着力、耐热性、耐温性、耐湿性和耐表面活性剂性，各项测试项目的技术指标及依据如下表2所示，各实施例和对比例的测试结果如表3和表4所示。
104.表2
[0105][0106]
表3
[0107]
[0108][0109]
表4
[0110][0111]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。