一种耐高温环保水性漆及其制备方法
阅读说明：本技术 一种耐高温环保水性漆及其制备方法 (High-temperature-resistant environment-friendly water-based paint and preparation method thereof ) 是由 吴浩 邱玉恒 于 2021-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐高温环保水性漆,包括以下原料：改性聚氨酯乳液、分散剂、流平剂、消泡剂、水和辅助剂；辅助剂制备工艺包括以下步骤：将三聚氯氰加入到盛有氯苯的反应容器中,加入催化剂三氯化铝,再加入间苯二酚反应；然后经过后处理得到中间体1；将中间体1加入到盛有丙酮的反应容器中,然后滴加质量分数为6％的2,2,6,6-四甲基哌啶醇的水溶液,进行反应即得到中间体2；将中间体2加入盛有四氢呋喃的反应容器中,然后滴加含有二乙烯三胺和N,N-二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液进行反应,即得到辅助剂；本发明具备着抗紫外、抗菌和阻燃的多重优点。(The invention discloses a high-temperature-resistant environment-friendly water-based paint which comprises the following raw materials: modified polyurethane emulsion, dispersant, flatting agent, defoaming agent, water and auxiliary agent; the preparation process of the auxiliary agent comprises the following steps: adding cyanuric chloride into a reaction container containing chlorobenzene, adding a catalyst of aluminum trichloride, and then adding resorcinol for reaction; then obtaining an intermediate 1 through post-treatment; adding the intermediate 1 into a reaction container filled with acetone, then dropwise adding an aqueous solution of 2,2,6, 6-tetramethylpiperidinol with the mass fraction of 6%, and reacting to obtain an intermediate 2; adding the intermediate 2 into a reaction vessel containing tetrahydrofuran, and then dropwise adding a tetrahydrofuran solution containing diethylenetriamine and N, N-diisopropylethylamine to react to obtain an auxiliary agent; the invention has the multiple advantages of ultraviolet resistance, antibiosis and flame retardance.)
技术领域
本发明属于水性漆技术领域，具体为一种耐高温环保水性漆及其制备方法。
背景技术
水性漆对人体无害，不污染环境，漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好并且具有耐水、耐磨、耐老化、耐黄变、干燥快、使用方便等特点。
中国专利CN108587377B公开了一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物60-70份、分散剂1-3份、改性纳米二氧化钛15-20份、流平剂1-2份、消泡剂1-3份、水10-20份；公开了所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物、分散剂、改性纳米二氧化钛、流平剂、消泡剂、水按照其质量百分比依次混合搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到环保水性漆；制备得到的环保水性漆生产成本更加低廉，漆料综合性能更优异，更加绿色环保，与基材附着力更强，稳定性更高，漆膜硬度更大，丰满度更高，施工更宽容。
现有技术中，水性漆在抗紫外辐射、抗菌和阻燃的方面表现不够好，其导致水性漆的使用寿命比较短的问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决现有技术中，水性漆在抗紫外辐射、抗菌和阻燃的方面表现不够好，其导致水性漆的使用寿命比较短的问题，而提出一种耐高温环保水性漆及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐高温环保水性漆，包括以下重量份原料：主剂100份、固化剂50-60份、水5-10份、辅助剂5-15份，其中，主剂由以下重量份原料组成：甲基丙烯酸甲酯硅改性树脂70-85份、分散剂0.3-0.5份、润湿剂0.3-0.4份、流平剂0.2-0.5份、消泡剂0.1-0.2份、食品级乙醇6-10份、纳米二氧化锆1-2份、纳米二氧化硅2-3份；固化剂由以下重量份原料组成:食品级乙醇60-70份、异丙醇5-10份、脱水剂0.01-0.02份、硅烷偶联剂10-20份；
其中，辅助剂制备工艺包括以下步骤：
第一步：将三聚氯氰加入到盛有氯苯的反应容器中，搅拌至溶解，在温度为5℃的条件下加入催化剂三氯化铝，再加入间苯二酚，反应8h；得到中间体1；
反应过程如下：
第二步：将中间体1加入到盛有丙酮的反应容器中，然后滴加质量分数为6％的2,2,6,6-四甲基哌啶醇的水溶液，控制反应体系的pH为7-8，温度在0-5℃，滴加完毕保温4h；反应结束后，抽滤得到滤饼，并用无水乙醇洗涤，再置于烘箱干燥，即得到中间体2；
反应过程如下：
第三步：将中间体2加入盛有四氢呋喃的反应容器中，然后滴加质量分数为10％的含有二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液，滴加完毕，在温度0-5℃的条件下反应4h后，再升温至20-30℃反应40h；反应结束后，旋蒸除去四氢呋喃溶液，加入摩尔浓度为1mol/L的盐酸，搅拌后过滤，滤饼先用去离子水洗至中性再用THF洗涤，真空干燥，即得到辅助剂；
反应过程如下：
优选的，控制第一步中三聚氯氰、氯苯、三氯化铝和间苯二酚的用量比为1mol：3-4L：0.5-1mol：1-1.5mol。
优选的，控制第二步中中间体1、2,2,6,6-四甲基哌啶醇的用量比1mol：1-1.5mol。
优选的，控制第三步中中间体2、二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的用量比为3mol：1-1.5mol：3mol。
一种耐高温环保水性漆的制备方法，包括以下步骤：将主剂、固化剂、水和辅助剂混合搅拌，即得到耐高温环保水性漆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过三聚氯氰和间苯二酚为原料，生产中间体1，得到的中间体1具有着很好的抗紫外辐射性能；再以中间体1、2,2,6,6-四甲基哌啶醇为原料，取代中间体1上的一个活性氯，反应生产中间体2，得到的中间体2不仅具备着抗紫外辐射性能，还具备着抗菌性能；最后通过中间体2与二乙烯三胺为原料，通过亲核取代反应得到辅助剂，该辅助剂不仅具有抗紫外辐射性能、抗菌性能，还具备着阻燃性能；另外，制备得到的辅助剂与由聚氨酯乳液混合制备得到的水性漆之间具有很好的相容性；所以，本发明制备得到的水性涂料具备着抗紫外、抗菌和阻燃的多重优点；
本发明改性聚氨酯乳液由IPDI、聚醚N220、聚醚N240、TMP、DMPA为原料制备水性聚氨酯，并使用有机硅烷和蓖麻油对水性聚氨酯进行改性，有机硅化合物通过活性基团将有机硅引入聚氨酯分子链中，可以改善水性聚氨酯的耐水性、耐热性；蓖麻油可以增加水性聚氨酯的交联密度，提高耐水性和力学性能。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种耐高温环保水性漆，包括以下重量份原料：主剂100份、固化剂50份、水5份、辅助剂5份，其中，主剂由以下重量份原料组成：甲基丙烯酸甲酯硅改性树脂70份、分散剂0.3份、润湿剂0.3份、流平剂0.2份、消泡剂0.1份、食品级乙醇6份、纳米二氧化锆1份、纳米二氧化硅2份；固化剂由以下重量份原料组成:食品级乙醇60份、异丙醇5份、脱水剂0.01份、硅烷偶联剂10份。
实施例2
一种耐高温环保水性漆，包括以下重量份原料：主剂100份、固化剂55份、水8份、辅助剂10份，其中，主剂由以下重量份原料组成：甲基丙烯酸甲酯硅改性树脂80份、分散剂0.4份、润湿剂0.35份、流平剂0.3份、消泡剂0.15份、食品级乙醇8份、纳米二氧化锆1.5份、纳米二氧化硅2.5份；固化剂由以下重量份原料组成:食品级乙醇65份、异丙醇8份、脱水剂0.015份、硅烷偶联剂15份。
实施例3
一种耐高温环保水性漆，包括以下重量份原料：主剂100份、固化剂60份、水10份、辅助剂15份，其中，主剂由以下重量份原料组成：甲基丙烯酸甲酯硅改性树脂85份、分散剂0.5份、润湿剂0.4份、流平剂0.5份、消泡剂0.2份、食品级乙醇10份、纳米二氧化锆2份、纳米二氧化硅3份；固化剂由以下重量份原料组成:食品级乙醇70份、异丙醇10份、脱水剂0.02份、硅烷偶联剂20份。
实施例4
辅助剂制备工艺包括以下步骤：
第一步：将三聚氯氰加入到盛有氯苯的反应容器中，搅拌至溶解，在温度为5℃的条件下加入催化剂三氯化铝，再加入间苯二酚，反应8h；然后经过后处理得到中间体1；后处理的具体步骤为：将反应物倒入去离子水中进行水解，再调节pH值为2，静置15h后，真空抽滤，滤饼用乙醚冲洗3次，去除未反应的三聚氯氰与间苯二酚，真空抽滤，干燥，得到纯化的中间体1；
控制三聚氯氰、氯苯、三氯化铝和间苯二酚的用量比为1mol：3L：0.5mol：1mol；
第二步：将中间体1加入到盛有丙酮的反应容器中，然后滴加质量分数为6％的2,2,6,6-四甲基哌啶醇的水溶液，控制反应体系的pH为7，温度在0℃，滴加完毕保温4h；反应结束后，抽滤得到滤饼，并用无水乙醇洗涤，再置于烘箱干燥，即得到中间体2；
控制中间体1、2,2,6,6-四甲基哌啶醇的用量比1mol：1mol；
第三步：将中间体2加入盛有四氢呋喃的反应容器中，然后滴加质量分数为10％的含有二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液，滴加完毕，在温度0℃的条件下反应4h后，再升温至20℃反应40h；反应结束后，旋蒸除去四氢呋喃溶液，加入摩尔浓度为1mol/L的盐酸，搅拌后过滤，滤饼先用去离子水洗至中性再用THF洗涤，真空干燥，即得到辅助剂；
控制中间体2、二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的用量比为3mol：1mol：3mol。
实施例5
辅助剂制备工艺包括以下步骤：
第一步：将三聚氯氰加入到盛有氯苯的反应容器中，搅拌至溶解，在温度为5℃的条件下加入催化剂三氯化铝，再加入间苯二酚，反应8h；然后经过后处理得到中间体1；在第一步中，后处理的具体步骤为：将反应物倒入去离子水中进行水解，再调节pH值为2，静置18h后，真空抽滤，滤饼用乙醚冲洗3次，去除未反应的三聚氯氰与间苯二酚，真空抽滤，干燥，得到纯化的中间体1；
控制三聚氯氰、氯苯、三氯化铝和间苯二酚的用量比为1mol：3.5L：0.8mol：1.2mol；
第二步：将中间体1加入到盛有丙酮的反应容器中，然后滴加质量分数为6％的2,2,6,6-四甲基哌啶醇的水溶液，控制反应体系的pH为7.5，温度在3℃，滴加完毕保温4h；反应结束后，抽滤得到滤饼，并用无水乙醇洗涤，再置于烘箱干燥，即得到中间体2；
控制中间体1、2,2,6,6-四甲基哌啶醇的用量比1mol：1.2mol；
第三步：将中间体2加入盛有四氢呋喃的反应容器中，然后滴加质量分数为10％的含有二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液，滴加完毕，在温度2℃的条件下反应4h后，再升温至25℃反应40h；反应结束后，旋蒸除去四氢呋喃溶液，加入摩尔浓度为1mol/L的盐酸，搅拌后过滤，滤饼先用去离子水洗至中性再用THF洗涤，真空干燥，即得到辅助剂；
控制中间体2、二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的用量比为3mol：1.2mol：3mol。
实施例6
辅助剂制备工艺包括以下步骤：
第一步：将三聚氯氰加入到盛有氯苯的反应容器中，搅拌至溶解，在温度为5℃的条件下加入催化剂三氯化铝，再加入间苯二酚，反应8h；然后经过后处理得到中间体1；在第一步中，后处理的具体步骤为：将反应物倒入去离子水中进行水解，再调节pH值为2，静置20h后，真空抽滤，滤饼用乙醚冲洗3次，去除未反应的三聚氯氰与间苯二酚，真空抽滤，干燥，得到纯化的中间体1；
控制三聚氯氰、氯苯、三氯化铝和间苯二酚的用量比为1mol：4L：1mol：1.5mol；
第二步：将中间体1加入到盛有丙酮的反应容器中，然后滴加质量分数为6％的2,2,6,6-四甲基哌啶醇的水溶液，控制反应体系的pH为8，温度在5℃，滴加完毕保温4h；反应结束后，抽滤得到滤饼，并用无水乙醇洗涤，再置于烘箱干燥，即得到中间体2；
控制中间体1、2,2,6,6-四甲基哌啶醇的用量比1mol：1.5mol；
第三步：将中间体2加入盛有四氢呋喃的反应容器中，然后滴加质量分数为10％的含有二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液，滴加完毕，在温度5℃的条件下反应4h后，再升温至30℃反应40h；反应结束后，旋蒸除去四氢呋喃溶液，加入摩尔浓度为1mol/L的盐酸，搅拌后过滤，滤饼先用去离子水洗至中性再用THF洗涤，真空干燥，即得到辅助剂；
控制中间体2、二乙烯三胺和N，N-二异丙基乙胺的用量比为3mol：1.5mol：3mol。
实施例7
改性聚氨酯乳液的制备工艺包括以下步骤：
第一步：将聚醚N220、聚醚N240和蓖麻油脱水处理后，加入到反应容器中，升温至70℃后加入异佛尔酮二异氰酸酯，升温至85℃，保温反应3h后，用二正丁胺法测定NCO的含量；待达到预期含量时，降温至75℃，再加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应3h，将反应体系冷却至30℃，加入KH-550反应10min后，滴加三乙胺中和10min，在高速剪切力的作用下加入去离子水分散10min，加入水合肼和二乙烯三胺复合扩链剂扩链1h，然后减压蒸馏脱去丁酮，即得到改性水性聚氨酯乳液；控制聚醚N220、聚醚N240、蓖麻油、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡、KH-550、三乙胺、水合肼和二乙烯三胺复合扩链剂的用量比为20g：20g：6g：25g：1g：8g：5g：2滴：1g：6g：6g：8g；
二正丁胺法测定NCO的含量的步骤为：准确称取0.2g预聚体于干燥的锥形瓶中，用移液管量取20mL0.1N的二正丁胺-甲苯溶液，加入锥形瓶中，充分摇动使其完全溶解，再用15mL异丙醇稀释、摇匀，加入质量分数为0.1％溴甲酚绿指示剂，用0.1N盐酸标准溶液滴定，当溶液有蓝色突变成黄色，且30s内不褪色，即为滴定终点；然后根据空白实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、样品实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、盐酸标准溶液的浓度和样品重量，计算NCO的含量。
实施例8
改性聚氨酯乳液的制备工艺包括以下步骤：
第一步：将聚醚N220、聚醚N240和蓖麻油脱水处理后，加入到反应容器中，升温至70℃后加入异佛尔酮二异氰酸酯，升温至85℃，保温反应3h后，用二正丁胺法测定NCO的含量；待达到预期含量时，降温至75℃，再加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应3h，将反应体系冷却至30℃，加入KH-550反应10min后，滴加三乙胺中和10min，在高速剪切力的作用下加入去离子水分散10min，加入水合肼和二乙烯三胺复合扩链剂扩链1h，然后减压蒸馏脱去丁酮，即得到改性水性聚氨酯乳液；控制聚醚N220、聚醚N240、蓖麻油、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡、KH-550、三乙胺、水合肼、二乙烯三胺复合扩链剂的用量比为25g：25g：8g：30g：2g：9g：8g：3滴：3g：8g：9g：12g；
二正丁胺法测定NCO的含量的步骤为：准确称取0.3g预聚体于干燥的锥形瓶中，用移液管量取20mL0.1N的二正丁胺-甲苯溶液，加入锥形瓶中，充分摇动使其完全溶解，再用15mL异丙醇稀释、摇匀，加入质量分数为0.1％溴甲酚绿指示剂，用0.1N盐酸标准溶液滴定，当溶液有蓝色突变成黄色，且30s内不褪色，即为滴定终点；然后根据空白实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、样品实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、盐酸标准溶液的浓度和样品重量，计算NCO的含量。
实施例9
改性聚氨酯乳液的制备工艺包括以下步骤：
第一步：将聚醚N220、聚醚N240和蓖麻油脱水处理后，加入到反应容器中，升温至70℃后加入异佛尔酮二异氰酸酯，升温至85℃，保温反应3h后，用二正丁胺法测定NCO的含量；待达到预期含量时，降温至75℃，再加入三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应3h，将反应体系冷却至30℃，加入KH-550反应10min后，滴加三乙胺中和10min，在高速剪切力的作用下加入去离子水分散10min，加入水合肼和二乙烯三胺复合扩链剂扩链1h，然后减压蒸馏脱去丁酮，即得到改性水性聚氨酯乳液；控制聚醚N220、聚醚N240、蓖麻油、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮溶液、催化剂二月桂酸二丁基锡、KH-550、三乙胺、水合肼和二乙烯三胺复合扩链剂的用量比为30g：30g：10g：35g：3g：10g：10g：5滴：5g：10g：12g：15g；
二正丁胺法测定NCO的含量的步骤为：准确称取0.5g预聚体于干燥的锥形瓶中，用移液管量取20mL0.1N的二正丁胺-甲苯溶液，加入锥形瓶中，充分摇动使其完全溶解，再用15mL异丙醇稀释、摇匀，加入质量分数为0.1％溴甲酚绿指示剂，用0.1N盐酸标准溶液滴定，当溶液有蓝色突变成黄色，且30s内不褪色，即为滴定终点；然后根据空白实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、样品实验所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积、盐酸标准溶液的浓度和样品重量，计算NCO的含量。
实施例10
一种耐高温环保水性漆的制备方法，包括以下步骤：将主剂、固化剂、水和辅助剂混合搅拌，即得到耐高温环保水性漆。
对比例1
对比例1为中国专利CN111574901A提供的水性漆；
对实施例1-3和对比例1的水性漆进行性能测试，测试结果如下表所示；
抗紫外辐射性能测试为采用积分球式紫外可见分光光度计对实施例1-3和对比例1中的水性漆进行紫外透射光谱测试；
抗菌性能测试为使用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌对实施例1-3和对比例1中的水性漆进行抗菌性能测试；
阻燃性能测试为将实施例1-3和对比例1中的水性漆，并用JF-3型氧指数测定仪进行极限氧指数(LOI)测试；
测试结果如下表所示：
由上述表格可知，本发明制备得到的水性漆在280-400nm波长的入射光中的吸光度为3.6-3.9；抗菌率为73.65-80.43％；LOI值为21.8-22.9，相对于对比例1具有着很好的抗紫外辐射、抗菌和阻燃的性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种PU透明底漆及其制备方法与应用