一种环保水性涂料及其制备方法与流程

1.本技术涉及水性涂料领域，更具体地说，它涉及一种环保水性涂料及其制备方法。


背景技术：

2.涂料是一种常用的材料，涂料主要是涂覆在物体表面以形成涂层，涂层可以起到保护和装饰物体等作用。涂料一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成，根据溶剂的不同，涂料可以分为水性涂料和油性涂料。
3.水性涂料就是以水作为溶剂或者作为分散介质的涂料，水性涂料以水作溶剂，节省大量资源，而且水性涂料涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。而且经常在涂料中加入膨润土，以提高涂料的顺滑性和粘结性能等。
4.但是，膨润土容易吸水膨胀，涂料在干燥的过程中，由于水分的挥发，膨润土的失水可能造成涂层发生收缩变形，进而可能会造成涂料的开裂。


技术实现要素：

5.为了减少涂层的开裂现象，本技术提供一种环保水性涂料及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供种环保水性涂料，采用如下的技术方案：一种环保水性涂料，原料按重量份包括以下组分：水性聚氨酯50-90份，膨润土12-21份，壳聚糖季铵盐9-16份，木质素纤维10-20份，聚环氧氯丙烷二甲胺5-9份，远红外陶瓷粉3-6份，十六烷基三甲基溴化铵1-3份，抗开裂剂6-12份，分散剂5-11份，抗老化剂1-3份，水52-89份。
7.通过采取上述技术方案，在涂料干燥过程中，木质素纤维的毛细管作用，使得水被均匀输送到涂料界面上，从而使得水均匀离开涂料，减少因各个位置失水不均匀而导致的涂层开裂问题。另外本技术加入了膨润土，膨润土具有良好的粘结性，从而提高涂料体系各个组分之间的结合力，减少涂层开裂。
8.另外膨润土、木质纤维素和壳聚糖季铵盐相互配合，不仅使得水均匀地离开涂料体系，而且利用壳聚糖季铵盐和膨润土层间的吸引，来弥补膨润土因水流失而引起的空隙，从而壳聚糖季铵盐可以有效减少膨润土的干缩，减少涂料的开裂。并且为了不影响膨润土的粘结性，在涂料制备过程中，需要在最后加入壳聚糖季铵盐。
9.发明人加入聚环氧氯丙烷二甲胺促进涂料的凝结，同时加入十六烷基三甲基溴化铵提高涂料的渗透性和乳化性等，不过发明人发现加入了聚环氧氯丙烷二甲胺后，涂层的抗开裂性得到了进一步改善，并且加入的远红外陶瓷粉可以和聚环氧氯丙烷二甲胺产生复配，从而更加大大提高涂层的抗开裂性和柔韧性。另外聚环氧氯丙烷二甲胺、十六烷基三甲基溴化铵和分散剂配合，也可以更好地提高涂料的性能。抗开裂剂作为功能性助剂，可以进一步减少涂层开裂，从而本技术可以有效减少涂料干燥后的开裂现象。
10.优选的，所述分散剂为淀粉磷酸酯。
11.通过采取上述技术方案，淀粉磷酸酯带有负电荷，不仅可以利用同种电荷相斥的
原理，提高膨润土的分散性，而且，淀粉磷酸酯在水中具有良好的分散性，利用不同种电荷相吸的原理，可以使得壳聚糖季铵盐均匀分散，从而可以有效减少涂料体系的团聚现象，而且淀粉磷酸酯具有一定的粘性，可以和膨润土一下，提高涂料体系各个组分之间的结合力，减少涂层开裂。
12.优选的，所述抗开裂剂包括海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素，所述海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素的质量用量比为(2-5：1)。
13.通过采取上述技术方案，羟丙基甲基纤维素干燥后可以形成薄膜，进一步提高涂层的抗开裂性；海藻酸钠的粘结性也十分优异，可以减少涂层的开裂；而且发明人发现羟丙基甲基纤维素和海藻酸钠配合使用后，可以更大程度地提高涂层的抗开裂性能。
14.优选的，一种环保水性涂料，原料按重量份还包括羟基磷灰石5-9份，赤藓糖醇16-23份。
15.通过采用上述技术方案，羟基磷灰石作为填料加入涂料中，可以提高填料的力学性能，并且发明人发现，将羟基磷灰石和十六烷基三甲基溴化铵预先混合，得到的涂料性能更加优异，这可能是十六烷基三甲基溴化铵提高了羟基磷灰石和淀粉磷酸酯的结合，提高了羟基磷灰石在涂料中的分散性而引起的；而且羟基磷灰石和赤藓糖醇配合使用，也进一步减少了涂层的收缩开裂。而且由于羟基磷灰石可以提供钙离子，钙离子和羟丙基甲基纤维素和海藻酸钠配合，也可以提高涂料的抗开裂性能。
16.优选的，一种环保水性涂料，原料按重量份还包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物2-6份，γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.2-1.3份。
17.通过采取上述技术方案，聚乳酸-羟基乙酸共聚物可以提高涂料的成膜性能，而且发明人将聚乳酸-羟基乙酸共聚物、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和羟基磷灰石和十六烷基三甲基溴化铵混合后，不仅使得聚乳酸-羟基乙酸共聚物在涂料体系中良好分散，而且可以更大幅度地提高涂料的力学性能。
18.第二方面，本技术提供一种环保水性涂料的制备方，采用如下的技术方案：一种环保水性涂料的制备方法，包括以下步骤：抗开裂剂制备：取海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素混合均匀，得到抗开裂剂主剂；预混合：将水、水性聚氨酯、膨润土和木质素纤维进行混合，得到第一预混物；涂料制备：将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，混合均匀，然后加入壳聚糖季铵盐、十六烷基三甲基溴化铵和聚环氧氯丙烷二甲胺，混合均匀得到水性涂料。
19.通过采取上述技术方案，海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素预先形成抗开裂剂，便于海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素形成互穿网络结构；然后将水、水性聚氨酯、膨润土和木质素纤维先制备成第一预混物，可以减少壳聚糖季铵盐在涂料制备过程中预先吸附到膨润土层间。
20.优选的，将十六烷基三甲基溴化铵和羟基磷灰石混合均匀，得到第二预混物；将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，混合均匀，然后加入壳聚糖季铵盐、第二预混物、赤藓糖醇和聚环氧氯丙烷二甲胺，混合均匀得到水性涂料。
21.通过采取上述技术方案，预先将十六烷基三甲基溴化铵和羟基磷灰石混合均匀，可以使得涂料最后的抗开裂性和抗冲击性能更加优异。
22.优选的，将十六烷基三甲基溴化铵和羟基磷灰石混合均匀，得到第二预混物，然后加入聚乳酸-羟基乙酸共聚物和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，混合得到第三预混物；将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，混合均匀，然后加入壳聚糖季铵盐、第三预混物、赤藓糖醇和聚环氧氯丙烷二甲胺，混合均匀得到水性涂料。
23.通过采取上述技术方案，预先制备第三预混物，可以提高聚乳酸-羟基乙酸共聚物在涂料体系中的分散效果，而且也使得涂料的性能得到更好的提升。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术利用膨润土、木质纤维素和壳聚糖季铵盐相互配合，在木质纤维素使得水均匀地离开涂料体系的过程中，壳聚糖季铵盐吸附到膨润土层间中，来弥补膨润土因水流失而引起的空隙，从而壳聚糖季铵盐可以有效减少膨润土的干缩，减少涂料的开裂。
25.2、本技术将聚乳酸-羟基乙酸共聚物、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和羟基磷灰石和十六烷基三甲基溴化铵混合后，进一步提高涂料的力学性能；3、本技术按照规定的步骤制备涂料，涂料的性能更为优异。
具体实施方式
26.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
27.本技术具体实施方式中的原材料均可以通过市售获得，具体为：水性聚氨酯，cas：41556-26-7；膨润土，购自河北京航矿产品实力供应商，型号：325；壳聚糖季铵盐，购自西安秋禾生物科技有限公司，型号：qh264；木质素纤维，购自山东鑫鸿越化工有限公司，货号：xhy-008；羟丙基甲基纤维素，购自广州市中万新材料有限公司，货号：r-671；淀粉磷酸酯为乙酰化二淀粉磷酸酯；聚环氧氯丙烷二甲胺购自湖北双焱化工有限公司；远红外陶瓷粉，购自灵寿县鑫振矿产品有限公司，货号：yt003；羟基磷灰石购自，西安恩肽元生物科技有限公司，型号ety。实施例
28.实施例1环保水性涂料原料包括以下组分：水性聚氨酯50kg，膨润土15kg，壳聚糖季铵盐9kg，木质素纤维13kg，聚环氧氯丙烷二甲胺6kg，远红外陶瓷粉3kg，十六烷基三甲基溴化铵2kg，抗开裂剂10kg，分散剂6kg，抗老化剂2份，水52kg。环保水性涂料原料还包括成膜助剂3kg和润湿剂1kg,成膜助剂包括但是不限于乙二醇,润湿剂包括但是不限于丙二醇，抗老化剂为二氧化钛。
29.其中分散剂为淀粉磷酸酯。抗开裂剂包括海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素，海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素的质量用量比为3：1。
30.一种环保水性涂料的制备方法，包括以下步骤：抗开裂剂制备：取海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素，60转/分钟转速下，混合20分钟，得到抗开裂剂主剂；预混合：将水、乙二醇、水性聚氨酯、膨润土和木质素纤维加入到混合桶1中，60转/分钟转速下，混合20分钟，将物料混合均匀，得到第一预混物；涂料制备：将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，60转/分钟转速下，混合10分钟，然后加入壳聚糖季铵盐、十六烷基三甲基溴化铵和聚环氧氯丙烷二
甲胺，60转/分钟转速下，混合20分钟。混合均匀得到水性涂料。
31.实施例2-10实施例2-10与实施例1的不同之处在于：实施例2-10的组分含量和实施例1的组分含量不同，具体见表1。
32.表1实施例1-10组分含量表10组分含量表
实施例19实施例19和实施例3的不同之处在于：水性环保涂料的原料还包括以下组分：羟基磷灰石7kg，赤藓糖醇20kg。
33.实施例19水性涂料的制备方法和实施例3水性涂料的制备方法的不同之处在于：将十六烷基三甲基溴化铵和羟基磷灰石，60转/分钟转速下，混合10分钟，得到第二预混物；将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，60转/分钟转速下，混合20分钟，然后加入壳聚糖季铵盐、第二预混物、赤藓糖醇和聚环氧氯丙烷二甲胺，60转/分钟转速下，混合20分钟，得到水性涂料。
34.实施例20实施例20和实施例19的不同之处在于：羟基磷灰石用量为5kg，赤藓糖醇用量为16kg。
35.实施例21实施例21和实施例19的不同之处在于：羟基磷灰石用量为9kg，赤藓糖醇用量为23kg。
36.实施例22实施例22和实施例19的不同之处在于：原料按重量份还包括：聚乳酸-羟基乙酸共聚物4kg，γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.9kg。聚乳酸-羟基乙酸共聚物分子量为1-2万。
37.实施例22水性涂料的制备方法和实施例19水性涂料的制备方法的不同之处在于：将十六烷基三甲基溴化铵和羟基磷灰石，60转/分钟转速下，混合10分钟，得到第二预混物，然后加入聚乳酸-羟基乙酸共聚物和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，60转/分钟转速下，混合10分钟，混合得到第三预混物；将分散剂、抗开裂剂主剂和远红外陶瓷粉加入第一预混物中，60转/分钟转速下，混合20分钟，然后加入壳聚糖季铵盐、第三预混物、赤藓糖醇和聚环氧氯丙烷二甲胺，60转/分钟转速下，混合20分钟，得到水性涂料实施例23-32实施例23-32与实施例11的不同之处在于：实施例23-32的组分含量和实施例22的组分含量不同，具体见表2。
38.实施例33实施例33与实施例3的不同之处在于：分散剂为十二烷基硫酸钠。
39.实施例34实施例34与实施例3的不同之处在于：抗开裂剂为羟丙基甲基纤维素。
40.对比例对比例1本技术实施例1还提供了一种环保水性涂料，原料包括以下组分：水性聚氨酯5kg，膨润土16kg，木质素纤维15kg，羟丙基甲基纤维素10kg，十二烷基硫酸钠6kg，水60kg。将所有原料混合均匀，即可得到水性涂料。
41.对比例2对比例2与实施例3的不同之处在于，将壳聚糖季铵盐替换成等量的壳聚糖。
42.对比例3
对比例3与实施例3的不同之处在于：将膨润土替换成镁铝水滑石。
43.对比例4对比例4和实施例3的不同之处在于：将聚环氧氯丙烷二甲胺替换成聚乙二醇辛基苯基醚。
44.对比例5对比例5和实施例3的不同之处在于：不添加远红外陶瓷粉。
45.性能检测试验一、利用初期干燥抗裂性试验机，按照gb/t9779-2015《复层建筑涂料》，对实施例1-34和对比例1-5的初期干燥抗开裂性能进行检测；为了方便对比涂料的开裂性能，利用放大镜观察涂层表面，若涂层出现裂纹，记录裂纹数量。
46.二、按照gb/t1732-1993《漆膜耐冲击测定法》，对实施例1-38和对比例1-3的耐冲击性进行测试。
47.具体检测结果如表3：表3性能检测表
由实施例1-5和对比例1-3的检测结果可知，本技术实施例的水性涂料在干燥过程中，可以有效减少裂纹的产生，说明木质素纤维使得水均匀离开涂料，减少因各个位置失水不均匀而导致的涂层开裂问题。另外在木质纤维素使得水均匀地离开涂料体系的过程中，壳聚糖季铵盐吸附进入膨润土层间，可以有效减少膨润土的干缩，减少涂料的开裂。而且本技术实施例的水性涂料耐冲击性能优异，形成的涂层具有良好的抗开裂性。其中实施例3的水性涂料性能最优。
48.由实施例6-13和实施例3的性能检测结果可知，膨润土、壳聚糖季铵盐和木质素纤维，都对涂层的抗裂性能有所影响，但是膨润土、壳聚糖季铵盐和木质素纤维含量同时改变的时候，影响程度明显比膨润土、壳聚糖季铵盐和木质素纤维各自的影响要大，说明膨润土、壳聚糖季铵盐和木质素纤维之间存在配合作用的关系。另外由实施例22-24的检测结果可知，分散剂会对涂层的抗开裂性有一定影响。
49.由实施例14-18以及对比例4和对比例5的检测结果可知，聚环氧氯丙烷二甲胺的加入可以很好地提高涂层的抗开裂性，并且聚环氧氯丙烷二甲胺和远红外陶瓷粉有一定的复配效果。
50.由实施例19-21的检测结果可知，羟基磷灰石用量和赤藓糖醇的加入可以进一步提高涂层的抗开裂性；而且由22-32的检测结果可知，聚乳酸-羟基乙酸共聚物和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的加入可以大大提高涂层的性能。并且羟基磷灰石和抗开裂剂之间有一定的配合效果，羟基磷灰石、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲基溴化铵也可以相互配合，进一步提高涂料的性能。
51.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。