一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料的制备方法
阅读说明：本技术 一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料的制备方法 (Preparation method of fast-curing high-wear-resistance impact-resistance water-based acrylate coating ) 是由 田沃 鲁小梅 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料,其原料按重量份数包括：水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液60-75份、改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液45-55份、颜填料35-50份、成膜助剂1.5-2.5份、消泡剂0.8-1.5份、流平剂0.4-0.6份、润湿剂0.6-1.2份、助溶剂3-5份、去离子水32-48份。本发明以水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液作为成膜物质,显著提高了最终涂料成品的机械性能,抗冲击性大大提高。本发明克服了水性涂料普遍存在的耐磨冲击性较差、干燥速度慢的缺陷,可广泛运用于多个领域,具有很好的市场前景。(The invention discloses a fast-curing high-wear-resistance impact-resistant water-based acrylate coating which comprises the following raw materials in parts by weight: 60-75 parts of waterborne polyurethane modified acrylate composite emulsion, 45-55 parts of modified silicon dioxide doped trifluoroethyl methacrylate solution, 35-50 parts of pigment and filler, 1.5-2.5 parts of film-forming additive, 0.8-1.5 parts of defoaming agent, 0.4-0.6 part of flatting agent, 0.6-1.2 parts of wetting agent, 3-5 parts of cosolvent and 32-48 parts of deionized water. According to the invention, the aqueous polyurethane modified acrylate composite emulsion and the modified silicon dioxide doped trifluoroethyl methacrylate solution are used as film forming substances, so that the mechanical property of the final coating product is obviously improved, and the impact resistance is greatly improved. The invention overcomes the defects of poor wear resistance and impact resistance and low drying speed of the water-based paint, can be widely applied to a plurality of fields and has good market prospect.)
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料的制备方法。
背景技术
水性涂料是以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料，不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI有毒重金属，无毒无刺激气味，对人体无害，不污染环境，漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好并具有耐水、耐老化、耐黄变、使用方便等优点，可广泛使用在木器、金属、塑料、玻璃、建筑表面等多种材质上。而油性漆是指使用有机溶剂制成的涂料，含有挥发性的有机化合物(VOC)，除对人体有毒害、会污染环境外，还易燃易爆，某些品种还含有大量甲醛、苯、铅等有毒物质，是污染环境和损害消费者健康的“隐形杀手”。
随着社会经济发展，水性涂料的发展日益受到人们的重视，因水性涂料相对于油性涂料的众多优点，水性涂料也替代了部分溶剂型油性涂料，成为多个领域的研究重点。而在种类繁多的涂层材料中，如有机化合物涂料、无机化合物涂料，有机/无机复合涂料等，丙烯酸酯因其具有很强的光、热和化学稳定性，丙烯酸酯涂料发展尤为快速。
丙烯酸树脂是以丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯为主要原料合成的树脂，由丙烯酸树脂为主要基料的涂料属丙烯酸酯涂料。由丙烯酸树脂为主要基料制成的水性丙烯酸酯涂料具有很好的耐候性、耐污染性、耐酸、耐碱等性能，广泛运用于家电、日用品以及交通运输等领域。
相对于水性丙烯酸酯涂料的众多优点，水性丙烯酸酯涂料也存在着以下缺点：耐磨性差，对抗强机械作用力的分散稳定性差；另外水性丙烯酸酯涂料对水的蒸发潜热大，烘烤能量消耗大，涂料需在高温下烘烤，且完全干透需要的时间很长，这大大限制了其应用。
发明内容
针对背景技术中提及的缺陷，本发明提供了一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料的制备方法，具体是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料，按重量份数计，其组分包括：
水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液60-75份、改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液45-55份、颜填料35-50份、成膜助剂1.5-2.5份、消泡剂0.8-1.5份、流平剂0.4-0.6份、润湿剂0.6-1.2份、助溶剂3-5份、去离子水32-48份。
进一步地，所述水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液的制备步骤包括：
S1、将甲基丙烯酸月桂酯与水性聚氨酯改性丙烯酸酯混合，加入水性聚氨酯改性丙烯酸酯质量4-8倍的去离子水搅拌均匀；
S2、将S1所得混合物进行蒸馏至固含量50-65％，得到水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液备用。
进一步地，所述甲基丙烯酸月桂酯与所述水性聚氨酯改性丙烯酸酯的质量比为(0.8-2.2)：1。
进一步地，所述混合物蒸馏后还需调节pH至7.0-8.5。
本发明选用水性聚氨酯改性丙烯酸酯为化学共混制备得到的，在其中引入甲基丙烯酸月桂酯，制得的水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液稳定性显著提升，使最终制得的涂料胶膜其耐磨性和机械强度提升明显，干燥速度快。
进一步地，所述改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液的制备方法为：将纳米二氧化硅、甲基丙烯酸三氟乙酯与硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀，然后向其中加入无水乙醇、氨水混合后升温至60℃保温反应2-3h，再向所得混合料中加入甲基丙烯酸三氟乙酯质量2.4-3倍的去离子水搅拌均匀，得到改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液。
进一步地，所述纳米二氧化硅、甲基丙烯酸三氟乙酯、硅烷偶联剂KH550、无水乙醇、氨水的质量比为(0.8-1.2)：1：0.4：(5-7)：(5-6)。
进一步地，所述氨水的质量分数为15％。
本发明采用纳米二氧化硅对甲基丙烯酸三氟乙酯预改性，加入无水乙醇、氨水升温反应后得到改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯，将其与上述水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液共混可有效缩短制得的水性涂料的固化时间；且当制得的水性涂料受到外力作用时，改性二氧化硅可均匀分散外力，进一步增强机械性能、抗冲击性能。
进一步地，所述颜填料可以是碳酸钙、石英砂、云母中的任意一种。
碳酸钙、石英砂、云母皆为有效的增强改性填料，可有效提高产品的机械性能。
进一步地，所述成膜助剂为Loxanol CA5330。
本发明制得的乳液具有一定的成膜温度，当环境低于此温度时乳液不易成膜，结合本发明的制备工艺，本发明选用Loxanol CA5330改善聚结性能，帮助乳液成膜，成膜后助剂挥发不影响涂膜性能。
进一步地，所述消泡剂选自Foamaster MO2150、FoamStar SI2280、FoamStarED2522中的一种或多种。
本发明选用的Foamaster MO2150、FoamStar SI2280、FoamStar ED2522不仅能够降低混合液的表面张力，在混合液中溶解度极小，且与其他组分相容性好，可达到理想的消泡性能。
进一步地，所述流平剂选自BYK-345、BYK-348或BYK-371中的一种或多种。
BYK-345、BYK-348或BYK-371可促使本发明涂料成膜过程中成膜平整、均匀、光滑。
进一步地，所述润湿剂选自Hydropalat WE3240、Hydropalat WE3322、HydropalatWE3323、Hydropalat WE3669中的一种或多种。
本发明配方调试中，Hydropalat WE3240、Hydropalat WE3322、HydropalatWE3323、Hydropalat WE3669对本发明选用的颜填料具有卓越的润湿分散性。
本发明还提供了一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液混合，加入部分去离子水与助溶剂搅拌分散均匀，然后加入部分消泡剂缓慢搅拌1-2h得到混合物I；
2)在步骤1)所得混合物I中加入颜填料与剩余消泡剂超声1-1.5h并进行30min的高速搅拌，随后保持中速搅拌并于搅拌过程中加入成膜助剂、润湿剂与剩余去离子水至分散均匀得到混合物II；
3)在步骤2)所得混合物II中加入流平剂升温至65-80℃，保温并缓慢搅拌3-5h，冷却至室温后即得快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料。
进一步地，步骤3)反应混合物冷却至室温后还需加入少量氨水调节pH值为8-8.5。
进一步地，所述中速搅拌速率为300-500r/min；所述高速搅拌速率1200-1600r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液作为成膜物质，显著提高了最终涂料成品的机械性能，抗冲击性大大提高；配合本发明选用的颜填料、成膜助剂等，制得的水性丙烯酸酯涂料耐磨抗冲击性能好，干燥速度快，热稳定性好，可广泛运用于多个领域。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行更加清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料：
1)将甲基丙烯酸月桂酯与水性聚氨酯改性丙烯酸酯按质量比1.6：1混合，加入水性聚氨酯改性丙烯酸酯质量6倍的去离子水搅拌均匀，所得混合物进行蒸馏，至固含量60％，调节pH至8得到水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液备用。
2)将纳米二氧化硅、甲基丙烯酸三氟乙酯与硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀，然后向其中加入无水乙醇、15％的氨水混合后升温至60℃保温反应3h(其质量比为1：1：0.4：6：5)，再加入甲基丙烯酸三氟乙酯质量2.6倍的去离子水搅拌均匀得到改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液。
3)按重量份数，将70份水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与50份改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液混合，加入25份去离子水与4份助溶剂搅拌分散均匀，然后加入0.6份FoamStar SI2280缓慢搅拌1.5h得到混合物I；所得混合物I中加入42份碳酸钙与0.6份FoamStar SI2280超声1.2h并进行30min的高速搅拌(1500r/min)，随后保持中速搅拌(400r/min)并于搅拌过程中加入2.0份Loxanol CA5330、0.8份Hydropalat WE3323与15份去离子水至分散均匀得到混合物II；所得混合物II中加入0.5份BYK-371升温至72℃，保温并缓慢搅拌4h，冷却至室温后加入少量氨水调节pH值为8即得快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料。
实施例2
一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料：
1)将甲基丙烯酸月桂酯与水性聚氨酯改性丙烯酸酯按质量比1.6：1混合，加入水性聚氨酯改性丙烯酸酯质量6倍的去离子水进行乳化，所得乳化液进行蒸馏，至固含量60％，调节pH至8得到水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液备用。
2)将纳米二氧化硅、甲基丙烯酸三氟乙酯与硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀，然后向其中加入无水乙醇、15％的氨水混合后升温至60℃保温反应3h(其质量比为1：1：0.4：6：5)，再加入甲基丙烯酸三氟乙酯质量2.6倍的去离子水搅拌均匀得到改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液。
3)按重量份数，将60份水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与55份改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液混合，加入25份去离子水与4份助溶剂搅拌分散均匀，然后加入0.6份FoamStar SI2280缓慢搅拌1.5h得到混合物I；所得混合物I中加入42份碳酸钙与0.6份FoamStar SI2280超声1.2h并进行30min的高速搅拌(1500r/min)，随后保持中速搅拌(400r/min)并于搅拌过程中加入2.0份Loxanol CA5330、0.8份Hydropalat WE3323与15份去离子水至分散均匀得到混合物II；所得混合物II中加入0.5份BYK-371升温至72℃，保温并缓慢搅拌4h，冷却至室温后加入少量氨水调节pH值为8即得快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料。
实施例3
一种快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料：
1)将甲基丙烯酸月桂酯与水性聚氨酯改性丙烯酸酯按质量比1.6：1混合，加入水性聚氨酯改性丙烯酸酯质量6倍的去离子水进行乳化；所得乳化液进行蒸馏，至固含量60％，调节pH至8得到水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液备用。
2)将纳米二氧化硅、甲基丙烯酸三氟乙酯与硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀，然后向其中加入无水乙醇、15％的氨水混合后升温至60℃保温反应3h(其质量比为1：1：0.4：6：5)，再加入甲基丙烯酸三氟乙酯质量2.6倍的去离子水搅拌均匀得到改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液。
3)按重量份数，将75份水性聚氨酯改性丙烯酸酯复合乳液与45份改性二氧化硅掺杂甲基丙烯酸三氟乙酯溶液混合，加入25份去离子水与4份助溶剂搅拌分散均匀，然后加入0.6份FoamStar SI2280缓慢搅拌1.5h得到混合物I；所得混合物I中加入42份碳酸钙与0.6份FoamStar SI2280超声1.2h并进行30min的高速搅拌(1500r/min)，随后保持中速搅拌(400r/min)并于搅拌过程中加入2.0份Loxanol CA5330、0.8份Hydropalat WE3323与15份去离子水至分散均匀得到混合物II；所得混合物II中加入0.5份BYK-371升温至72℃，保温并缓慢搅拌4h，冷却至室温后加入少量胺水调节pH值为8即得快速固化高耐磨抗冲击的水性丙烯酸酯涂料。
对实施例1-3制得的水性丙烯酸酯涂料进行性能检测，结果如表1所示。
表1：水性丙烯酸酯涂料性能检测结果
其中，耐磨检测为Taber耐磨测试100转失重质量；
干燥速度检测方法为GB/T 1928-1993；
抗冲击检测方法为GB/T 1732-1993。
由表1可知，本发明制备得到的水性丙烯酸酯涂料干燥速度快，同时兼具良好的耐磨性和抗冲击性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
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