一种环保水性漆、其制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种环保水性漆、其制备方法及应用 (Environment-friendly water-based paint, and preparation method and application thereof ) 是由 黄宏存 胡远南 朱清梅 陈招强 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种环保水性漆,包括：环氧丙烯酸酯20～30重量份；丙烯酸酯类单体5～10重量份；聚氨酯5～10重量份；氧化石墨烯0.5～3重量份；丙烯酸类单体0.1～0.5重量份；烷基二醇二丙烯酸酯类单体1～5重量份；乳化剂0.1～0.5重量份；引发剂0.1～0.2重量份；电解质0.01～0.05重量份；水45～70重量份。与现有技术相比,本发明利用聚氨酯中的碳碳双键和环氧丙烯酸酯分子进行接枝共聚,形成互穿网络结构,结构表面富集极性键使氧化石墨烯具有很好的分散效果,并使涂层固化后具有很强的内聚力,可以达到防水效果,同时其粘结力大、涂层密实具有很好的防腐性能；再者氧化石墨烯石墨烯可起到阻燃的作用。(The invention provides an environment-friendly water-based paint, which comprises the following components: 20-30 parts by weight of epoxy acrylate; 5-10 parts by weight of an acrylate monomer; 5-10 parts by weight of polyurethane; 0.5-3 parts by weight of graphene oxide; 0.1 to 0.5 part by weight of an acrylic monomer; 1-5 parts by weight of an alkyl glycol diacrylate monomer; 0.1-0.5 part by weight of an emulsifier; 0.1-0.2 parts by weight of an initiator; 0.01-0.05 parts by weight of electrolyte; 45-70 parts of water. Compared with the prior art, the carbon-carbon double bond in polyurethane and epoxy acrylate molecules are used for graft copolymerization to form an interpenetrating network structure, and the enriched polar bonds on the surface of the structure enable graphene oxide to have a good dispersion effect and enable a coating to have strong cohesive force after being cured, so that a waterproof effect can be achieved, and meanwhile, the adhesive force is large, the coating is dense and has good corrosion resistance; moreover, the graphene oxide and graphene can play a flame-retardant role.)
技术领域
本发明属于水性漆技术领域，尤其涉及一种环保水性漆、其制备方法及应用。
背景技术
随着经济的发展与生活水平不断提高，人们对居住环境越来越重视，木结构房屋现已不局限于农村，还逐步被城市所接纳。同时，国家对生态建筑的能源消耗和能源节约越来越重视，尤其是对于国家自然保护地区及森林公园的功能性建筑，一般采用木制结构，以做到取于自然，最终回归自然。
木结构房屋有造价低、工期短、与环境协调发展等优点，但是木结构表面还有一些缺陷需要完善，如防水、防腐、以及安全防火等。目前市面上常用木漆一般为溶剂型木漆，在木板表面涂上一层木漆以达到防水防腐的效果，但是溶剂型木漆容易产生挥发性有毒气体，对人体产生危害，且对环境不友好。因此，研发一种使用性能佳、对环境友好的水性漆替代目前市场使用的溶剂型木漆非常有必要。
公开号为CN107964308A的中国专利公开了一种环保型木材涂料，由聚甲基丙烯酸乳液、去离子水、钛白粉、硅酮乙二醇、海藻酸钠、聚氨酯、羟乙基纤维素和羟基氟碳树脂组成，其形成的涂层具有防火、防潮等特点，但是其主要原料氟碳类树脂在涂料应用中往往会产生附着力差的问题，从而影响涂层对木材的保护。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种对木材具有较好的防水、防腐及防火效果的环保水性漆、其制备方法及应用。
本发明提供了一种环保水性漆，包括：
优选的，所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；
所述丙烯酸类单体选自丙烯酸和/或甲基丙烯酸；
所述烷基二醇二丙烯酸酯类单体选自三乙二醇二甲基丙烯酸酯。
优选的，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠和/或十二烷基苯磺酸钠；
所述引发剂选自过硫酸钠和/或过硫酸钾；
所述电解质选自氯化钠和/或氯化钾。
优选的，还包括0.01～0.2重量份的消泡剂；所述消泡剂选自聚氧丙烯甘油醚和/或有机硅。
优选的，包括：
本发明还提供了一种上述环保水性漆的制备方法，包括：
将环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯类单体、聚氨酯、乳化剂与水混合、加热，然后加入丙烯酸酯类单体与烷基二醇二丙烯酸酯类单体，再加入氧化石墨烯，最后加入引发剂与电解质，得到环保水洗漆。
优选的，所述混合的转速为600～700rpm；所述加热的温度为88℃～90℃；
所述丙烯酸酯类单体与烷基二醇二丙烯酸酯类单体控制在30～60min加完；
所述引发剂与电解质控制在1～1.5h加完。
优选的，加入氧化石墨烯后，保持恒温20～40min，再加入引发剂与电解质；
加入引发剂与电解质后，降温至40℃以下加入消泡剂，得到环保水性漆。
本发明还提供了上述环保水性漆作为木材涂料的应用。
优选的，所述环保水性漆在木材表面的涂布量为1～3g/m2。
本发明提供了一种环保水性漆，包括：环氧丙烯酸酯20～30重量份；丙烯酸酯类单体5～10重量份；聚氨酯5～10重量份；氧化石墨烯0.5～3重量份；丙烯酸类单体0.1～0.5重量份；烷基二醇二丙烯酸酯类单体1～5重量份；乳化剂0.1～0.5重量份；引发剂0.1～0.2重量份；电解质0.01～0.05重量份；水45～70重量份。与现有技术相比，本发明利用聚氨酯中的碳碳双键和环氧丙烯酸酯分子进行接枝共聚，二者分子链相互贯穿与缠结，形成了互穿网络结构，结构表面富集氨基甲酸酯等极性键，可以和氧化石墨烯表面的含氧官能团相互作用，使氧化石墨烯具有很好的分散效果，并使乳液具有很好的使用性能，涂层具有很好的机械性能，并且涂层固化后具有很强的内聚力，分子结构紧密，水分子无法透过，可以达到防水效果，同时，其粘结力大，机械强度高，涂层密实，具有很好的防腐性能，大大延长房屋的使用寿命；再者，氧化石墨烯石墨烯由于自身片层结构的热隔离，在基体受热的情况下隔绝或者减缓聚合物表面和外界进行热交换，从而降低可燃物的燃烧热释放速率，起到阻燃的作用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供了一种环保水性漆，包括：
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
本发明提供的环保水性漆中所述环氧丙烯酸酯的含量优选为20～28重量份；在本发明提供的实施例中，所述环氧丙烯酸酯的含量具体为20重量份、25重量份或28重量份；所述环氧丙烯酸酯由环氧树脂与丙烯酸或甲基丙烯酸酯化反应得到，分子量优选约为158-187；在本发明提供的实施例中，所述环氧丙烯酸酯具体为厦门爱珂玛化工有限公司生产的环氧丙烯酸酯，牌号为PE110。
所述丙烯酸酯类单体的含量优选为5～9重量份；在本发明提供的实施例中所述丙烯酸酯类单体的含量具体为5重量份、7重量份或9重量份；所述丙烯酸酯类单体的种类优选为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；在本发明提供的实施例中，所述丙烯酸酯类单体具体为甲基丙烯酸乙酯。
所述聚氨酯的含量优选为5～9重量份；在本发明提供的实施例中，所述聚氨酯的含量具体为5重量份、7重量份或9重量份；本发明主要利用环氧丙烯酸酯分子与聚氨酯分子交联后对氧化石墨烯分散效果的改善，以使乳液达到优异的性能；因此所述聚氨酯的质量优选为环氧丙烯酸酯质量的20％～35％，更优选为25％～35％，再优选为25％～32％；在本发明提供的实施例中，所述聚氨酯的质量优选为环氧丙烯酸酯质量的25％、28％或32％；所述聚氨酯的断裂伸长率优选为300％～800％；在本发明中，所述聚氨酯的种类优选为上海拓德实业有限公司生产的聚氨酯，牌号为M5355A～M5374D。
所述氧化石墨烯的含量优选为0.5～2.5重量份；在本发明提供的实施例中，所述氧化石墨烯的含量具体为0.5重量份、1.5重量份或2.5重量份；氧化石墨烯由于自身为多层片状结构，且由于其表面含氧官能团数量多，需要与较多的含极性键分子相互作用，才能达到较好的分散效果，常规的环氧丙烯酸酯分子表面极性键数量少，无法对氧化石墨烯产生很良好的分散效果，易导致氧化石墨烯分子的团聚，乳液分散效果不佳，性能不稳定。因此，在本发明中，利用聚氨酯中的碳碳双键和环氧丙烯酸酯分子进行接枝共聚，二者分子链相互贯穿与缠结，形成了互穿网络结构，结构表面富集氨基甲酸酯等极性键，可以和氧化石墨烯表面的含氧官能团相互作用，使氧化石墨烯具有很好的分散效果，并使乳液具有很好的使用性能，涂层具有很好的机械性能。
所述丙烯酸类单体的含量优选为0.1～0.45重量份；在本发明提供的实施例中，所述丙烯酸类单体的含量具体为0.1重量份、0.25重量份或0.45重量份；所述丙烯酸类单体的种类优选为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；在本发明提供的实施例中，所述丙烯酸类单体的种类具体为甲基丙烯酸。
所述烷基二醇二丙烯酸酯类单体的含量优选为2～4重量份；在本发明提供的实施例中，所述烷基二醇二丙烯酸酯类单体的含量具体为2重量份、3重量份或4重量份；所述烷基二醇二丙烯酸酯类单体的种类优选为三乙二醇二甲基丙烯酸酯。
所述乳化剂的含量优选为0.1～0.4重量份；在本发明提供的实施例中，所述乳化剂的含量具体为0.1重量份、0.25重量份或0.4重量份；所述乳化剂为本领域技术人员熟知的乳化剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为烷基硫酸盐和/或烷基苯磺酸盐，更优选为十二烷基硫酸钠和/或十二烷基苯磺酸钠。
在本发明提供的实施例中，所述引发剂的含量具体为0.1重量份、0.15重量份或0.2重量份；所述引发剂为本领域技术人员熟知的引发剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为过氧化物引发剂，更优选为无机过氧化物引发剂，再优选为过硫酸钠和/或过硫酸钾。
所述电解质的含量优选为0.01～0.04重量份；在本发明提供的实施例中，所述电解质的含量具体为0.01重量份、0.03重量份或0.04重量份；所述电解质为本领域技术人员熟知的电解质即可，并无特殊的限制，本发明中优选为氯化钠和/或氯化钾。
按照本发明，优选还包括0.01～0.2重量份的消泡剂，更优选还包括0.01～0.1重量份的消泡剂；在本发明提供的实施例中，所述消泡剂的含量具体为0.01重量份、0.05重量份或0.1重量份；所述消泡剂优选为聚氧丙烯甘油醚和/或有机硅。
所述水优选为去离子水；其含量优选补充环保水性漆的总量为100重量份。
进一步优选地，本发明提供的环保水性漆包括：
本发明利用聚氨酯中的碳碳双键和环氧丙烯酸酯分子进行接枝共聚，二者分子链相互贯穿与缠结，形成了互穿网络结构，结构表面富集氨基甲酸酯等极性键，可以和氧化石墨烯表面的含氧官能团相互作用，使氧化石墨烯具有很好的分散效果，并使乳液具有很好的使用性能，涂层具有很好的机械性能，并且涂层固化后具有很强的内聚力，分子结构紧密，水分子无法透过，可以达到防水效果，同时，其粘结力大，机械强度高，涂层密实，具有很好的防腐性能，大大延长房屋的使用寿命；再者，氧化石墨烯石墨烯由于自身片层结构的热隔离，在基体受热的情况下隔绝或者减缓聚合物表面和外界进行热交换，从而降低可燃物的燃烧热释放速率，起到阻燃的作用。
本发明还提供了一种上述环保水性漆的制备方法，包括：将环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯类单体、聚氨酯、乳化剂与水混合、加热，然后加入丙烯酸酯类单体与烷基二醇二丙烯酸酯类单体，再加入氧化石墨烯，最后加入引发剂与电解质，得到环保水洗漆。
其中，所述环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯类单体、聚氨酯、乳化剂、水、丙烯酸酯类单体、烷基二醇二丙烯酸酯类单体、氧化石墨烯、引发剂与电解质的含量与种类均同上所述，在此不再赘述。
将环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯类单体、聚氨酯、乳化剂与水混合、加热；所述混合的转速优选为600～700rpm。在本发明中，如无特殊说明，制备过程均在搅拌的条件下进行；所述加热的温度优选为88℃～90℃。
然后加入丙烯酸酯类单体与烷基二醇二丙烯酸酯类单体；在本发明中丙烯酸酯类单体与烷基二醇二丙烯酸酯类单体优选采用滴加的方式加入，更优选控制在30～60min内滴加完成。
再加入氧化石墨烯；加入氧化石墨烯后优选保持恒温20～40min，再加入引发剂与电解质；所述引发剂与电解质优选以滴加的方式加入，更优选控制在1～1.5h加完。
加入引发剂与电解质后，优选降温至40℃以下加入消泡剂，得到环保水性漆。
本发明还提供了上述环保水性漆作为木材涂料的应用，更优选作为房屋木材专用涂料。
本发明提供的环保水性漆在木材表面的涂布量优选为1～3g/m2。该环保水性漆在常温下即可固化，形成的涂层具有很好的防水、防腐以及阻燃效果。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供一种环保水性漆、其制备方法及应用进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。实施例中具体使用的原料为：环氧丙烯酸酯为厦门爱珂玛化工有限公司生产的环氧丙烯酸酯，牌号为PE110；聚氨酯为上海拓德实业有限公司生产的聚氨酯，牌号为M5355A；十二烷基硫酸钠(乳化剂)、过硫酸钠(引发剂)、氯化钠(电解质)、有机硅(消泡剂)。
实施例及对比例
按表1所示的重量比将环氧丙烯酸酯、甲基丙烯酸乙酯、聚氨酯、乳化剂、去离子水投入反应釜中，生产全程开启搅拌桨，控制转速在600～700转每分钟，开启加热，待温度升到88℃～90℃，保持该温度下滴加甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯，控制在1小时滴加完成，再加入氧化石墨烯，保持恒温30分钟，保持88℃～90℃下滴加引发剂、电解质，控制在1.5小时滴加完成，最后降温至40℃以下加入消泡剂即制得环保水性漆。
对实施例及对比例得到的环保水性漆的性能进行检测，得到结果见表2。
表1实施例和对比例的组分及配比
表2环保水性漆性能检测结果
注:1)对比例4采用中国专利CN 107964308A的实施例制备的最终产物；
2)乳液稳定性测试方法：按配方将乳液配制好后放置于25℃实验室环境中30天，30天后取出观察其外部形态；
3)阻水效果测试方法:将乳液烘干固化后制成3μm厚的薄膜，按照标准方法ASTMF-1249进行测试；
4)腐朽分级、蚁蛀分级测试方法：按照标准方法GBT 29900-2013进行测试，测试结果按照标准13942.2-92进行评级；
5)氧指数的测试按照标准方法ISO4589-3:1996，制备成：长130mm，宽6.5mm，厚度3mm的样品进行测试；
6)烟密度的测试按照标准方法GB8323-1987，制备成：长75mm，宽75mm，厚度10mm的样品进行测试。