一种耐候性强的耐磨色浆涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种耐候性强的耐磨色浆涂料及其制备方法 (Wear-resistant color paste coating with high weather resistance and preparation method thereof ) 是由 吕东清 吕向成 姚春苗 张孟清 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及C09D涂料领域,更具体地,本发明提供了一种耐候性强的耐磨色浆及其制备方法。本发明提供了一种耐候性强的耐磨色浆,制备原料包括改性醇酸树脂,改性丙烯酸树脂,聚氨酯,颜填料,防流挂剂,分散剂,固化剂,增韧剂,金属氧化物,助剂。与现有技术相比,本发明制得的耐候性强的耐磨色浆,使用寿命长,且具有优异的耐候性、耐磨性、稳定性、力学性能。(The invention relates to the field of C09D paint, and more particularly provides wear-resistant color paste with high weather resistance and a preparation method thereof. The invention provides wear-resistant color paste with strong weather resistance, which is prepared from modified alkyd resin, modified acrylic resin, polyurethane, pigment and filler, anti-sagging agent, dispersing agent, curing agent, toughening agent, metal oxide and auxiliary agent. Compared with the prior art, the wear-resistant color paste with strong weather resistance, which is prepared by the invention, has long service life, and excellent weather resistance, wear resistance, stability and mechanical property.)
技术领域
本发明涉及C09D涂料领域，更具体地，本发明提供了一种耐候性强的耐磨色浆及其制备方法。
背景技术
涂料因具有良好的保护效果得到了广泛的应用，但随着全国工业领域的快速发展，目前现有技术中的涂料性能以及不能满足工业领域实际生产的需要，研发工作们针对特定的领域开发出了许多具有抗腐蚀、耐磨等性能的涂料，但仍存在涂料性能单一、应用领域较窄的问题。
专利公开号为CN103525214A的中国发明专利公开了一种水性防腐耐磨涂料，本公开专利中以聚丙烯酸树脂为主要成膜物质，通过加入其它助剂，显著提升了水性涂料的耐腐蚀性能、耐磨性能，但其制备得到的水性涂料的耐候性能并未突出体现，进而限制了其在实际使用过程中的应用。
专利公开号为CN102775862A的中国发明专利公开了一种透明耐磨涂料，本公开专利中通过无机-有机高度交联网络互传和单体官能团技术，制备得到的涂料具有透明、防水、耐磨等优点，但其方案制得涂料的附着力、耐候性等性能并未突出体现，仍存在涂料性能单一、应用领域较窄的问题。
因此，开发一种耐候性、耐磨性优异的涂料具有潜在的应用价值。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种耐候性强的耐磨色浆涂料，按重量份计，制备原料包括以下组分：改性醇酸树脂70-90份，改性丙烯酸树脂20-60份，聚氨酯10-40份，颜填料1-10份，防流挂剂0.5-1.5份，分散剂1-3份，固化剂3-5份，增韧剂2-4份，金属氧化物2-8份，助剂1-3份。
作为本发明一种优选的技术方案，所述改性醇酸树脂为甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂的制备方法为：
(1)在70-90℃时，向醇酸树脂中加入甲基三乙氧基硅烷(甲基三乙氧基硅烷与醇酸树脂的质量比为(20-30)：100)，搅拌20-40min后，得到均匀混合的混合物；
(2)向步骤(1)所述混合物中在30-60min内加入水(水与混合物的质量比为(1.0-2.0)：1)，搅拌2.0-3.0h，即得所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述改性丙烯酸树脂为纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的制备方法为：
(1)将纳米二氧化钛置于装有六偏磷酸钠的水中(纳米二氧化钛、六偏磷酸钠和水的质量比为(1.0-2.5)：0.1：(25-35))，在20-30℃下搅拌20-40min后，400-500W超声分散，得到分散乳液；
(2)将步骤(1)所述分散乳液加入至丙烯酸树脂中(分散乳液与丙烯酸树脂的质量比为(1-5)：100)，搅拌15-30min，即得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述颜填料为钛白粉、硫酸钡、改性碳酸钙、多孔石英粉中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述颜填料为改性碳酸钙、钛白粉，改性碳酸钙、钛白粉的质量比为(1.5-2.5)：(0.5-1.5)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述改性碳酸钙和钛白粉的质量比为2：1。
作为本发明一种优选的技术方案，所述钛白粉的粒径为10-50nm。
作为本发明一种优选的技术方案，所述防流挂剂为氢化蓖麻油、膨润土、烷基硫酸盐、二聚酸酯中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述防流挂剂为氢化蓖麻油、膨润土，氢化蓖麻油和膨润土的质量比为(1.0-2.0)：(2.5-3.5)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述氢化蓖麻油和膨润土的质量比为1.5：3。
当体系中仅加入膨润土时，虽可以改善体系的粘度，但会出现膨润土与体系中的相容性不佳的问题，为了解决上述问题，增强体系的相容性和稳定度，本申请人意外发现，当向体系中加入一定量的氢化蓖麻油时，可以解决膨润土与体系相容性不佳的问题，制得的涂料在具有优异流平性、耐磨性、耐候性的同时，也具有良好的稳定性，本申请人猜测其可能的原因为，氢化蓖麻油吸附于膨润土表面，在不影响膨润土表面孔径大小的前提下，向膨润土表面引入了一定量的极性基团，而此极性基团可以与体系中其它组分的活性基团相互作用，显著改善膨润土在体系中的相容性，让体系中的每个组分充分发挥作用，增强体系的稳定性，延长涂料的使用寿命。
作为本发明一种有选的技术方案，所述分散剂为高分子润湿分散剂、溶剂型润湿分散剂、聚氨酯类高分子分散剂中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述固化剂为异氰酸酯固化剂、聚酰胺固化剂中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述增韧剂为苯乙烯-丙二烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述增韧剂为苯乙烯-丙二烯共聚物。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属氧化物为氧化锌、三氧化二铝、三氧化二铁中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述金属氧化物为氧化锌，氧化锌的平均粒径为10-25nm，比表面积为80-150m2/g。
本申请人意外发现，当向体系中加入一定平均粒径和比表面积的氧化锌时，可以在保证不影响改性醇酸树脂和改性丙烯酸树脂优异性能的基础上，氧化锌与体系中其它组分通过相互协同作用，显著提升涂料的耐磨性、耐候性。本申请人猜测其原因可能为，适当粒径的氧化锌可以均匀的分散于膨润土孔隙中，与体系中的二氧化钛相互协同作用，一方面增强涂料漆膜的抗紫外线能力以及氧化能力，提升涂料的抗老化性能，增强涂料的耐候性，同时当向体系中加入比表面积较大的氧化锌时，可以降低膨润土的表面粗糙度，提升涂料的耐磨性；另一方面体系中的极性基团相互作用，会使得裸露在外的极性基团的数量变少，降低涂料的亲水性，控制涂料对水的敏感性，进而显著增强水对漆膜的抗击打能力，增强涂料的耐水性、耐候性。
作为本发明一种优选的技术方案，所述助剂为防沉降剂、偶联剂、流平剂中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述助剂为偶联剂。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
本发明第二方面提供一种耐候性强的耐磨色浆涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照比例称取改性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯、颜填料、浸润分散剂、增韧剂、金属氧化物、助剂置于反应器中，在100-300℃下搅拌20-60min，得到混合物；
(2)将固化剂、防流挂剂加入步骤(1)所述混合物中，在60-100℃搅拌10-30min，即得所述耐候性强的耐磨色浆涂料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料，通过加入氢化蓖麻油，在保证涂料、耐磨性、耐候性的同时，一方面氢化蓖麻油中的极性基团与体系中的其它活性基团相互作用，改善体系粘度，提高涂料流平性；另一方面氢化蓖麻油吸附于膨润土表面，解决了膨润土与体系相容性不佳的温度，增强了体系的稳定性，延长了涂料的使用寿命；
2、本发明制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料，通过加入平均粒径为10-25nm，比表面积为80-150m2/g的氧化锌，可以与体系中其它组分通过相互协同作用，显著提升涂料的附着力、耐磨性、耐候性、耐水性；
3、本发明制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料，通过向体系中加入质量比为2：1的改性碳酸钙和钛白粉作为颜填料，均匀分散于树脂体系中，在显著提高涂料抗氧性、吸收紫外线能力的同时，吸附于膨润土的表面孔隙中，分解吸附于膨润土表面的有害成分，降低有害成分对实际操作工程师的危害；
4、本发明制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料，通过向体系中加入苯乙烯-丙二烯共聚物，其中的极性基团与体系中的甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂和纳米二氧化钛改性的丙烯酸树脂中的活性基团相互作用，形成网络结构，增强涂料韧性的同时，改善了体系中各组分间的相容性，提高了涂料的稳定性；
5、本发明制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料，通过向体系中加入聚酯型聚氨酯，与体系中其它组分的活性基团相互协同作用，显著提升树脂的拉伸强度、耐磨性、抗菌性、力学性能，扩大了涂料的应用领域。
具体实施方式
实施例1
实施例1提供了一种耐候性强的耐磨色浆涂料，按重量份计，制备原料包括以下组分：改性醇酸树脂70份，改性丙烯酸树脂20份，聚氨酯10份，颜填料1份，防流挂剂0.5份，分散剂1份，固化剂3份，增韧剂2份，金属氧化物2份，助剂1份。
所述改性醇酸树脂为甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂；
所述改性丙烯酸树脂为纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯，购自上海尤恩化工有限公司，型号为UN-03；
所述颜填料为改性碳酸钙、钛白粉，改性碳酸钙、钛白粉的质量比为2：1，改性碳酸钙购自广东拾美新材料有限公司，型号为CAZ-8099，钛白粉购自杭州九朋新材料有限公司，型号为CY-T15，粒径为15nm；
所述防流挂剂为氢化蓖麻油、膨润土，氢化蓖麻油和膨润土的质量比为1.5：3，氢化蓖麻油的CAS号为61788-85-0，膨润土购自芜湖硕华新材料科技有限公司；
所述分散剂为高分子润湿分散剂，购自济南赢信行化工有限公司，型号为[email protected]；
所述固化剂为异氰酸酯固化剂，购自济南蓝爵商贸有限公司，型号为6875；
所述增韧剂为苯乙烯-丙二烯共聚物，购自佛山市瑞盛塑胶有限公司，型号为日本旭化成825；
所述金属氧化物为氧化锌，购自广州金属冶金有限公司，型号为ZnO-1，平均粒径为20nm，比表面积为100m2/g；
所述助剂为硅烷偶联剂，购自东莞市常平昱信塑化经营部，型号为KH-560；
所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂的制备方法为：
(1)在85℃时，向醇酸树脂中加入甲基三乙氧基硅烷(甲基三乙氧基硅烷与醇酸树脂的质量比为25：100)，搅拌35min后，得到均匀混合的混合物；
(2)向步骤(1)所述混合物中在45min内加入水(水与混合物的质量比为1.5：1)，搅拌2.5h，即得所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂；
所述醇酸树脂为短油醇酸树脂，购自常州斯赛新材料科技有限公司，型号为635A；
所述甲基三乙氧基硅烷的CAS号为2031-67-6；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的制备方法为：
(1)将纳米二氧化钛置于装有六偏磷酸钠的水中(纳米二氧化钛、六偏磷酸钠和水的质量比为1.5：0.1：30)，在25℃下搅拌30min后，450W超声分散，得到分散乳液；
(2)将步骤(1)所述分散乳液加入至丙烯酸树脂中(分散乳液与丙烯酸树脂的质量比为3：100)，搅拌25min，即得纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂。
所述纳米二氧化钛购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-R50；
所述六偏磷酸钠的CAS号为10124-56-8；
所述丙烯酸树脂购自上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，型号为323667；
所述耐候性强的耐磨色浆涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照比例称取改性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯、颜填料、浸润分散剂、增韧剂、金属氧化物、助剂置于反应器中，在200℃下搅拌45min，得到混合物；
(2)将固化剂、防流挂剂加入步骤(1)所述混合物中，在85℃搅拌20min，即得所述耐候性强的耐磨色浆涂料。
实施例2
实施例2提供了一种耐候性强的耐磨色浆涂料，按重量份计，制备原料包括以下组分：改性醇酸树脂90份，改性丙烯酸树脂60份，聚氨酯40份，颜填料10份，防流挂剂1.5份，分散剂3份，固化剂5份，增韧剂4份，金属氧化物8份，助剂3份。
所述改性醇酸树脂为甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂；
所述改性丙烯酸树脂为纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯，购自上海尤恩化工有限公司，型号为UN-03；
所述颜填料为改性碳酸钙、钛白粉，改性碳酸钙、钛白粉的质量比为2：1，改性碳酸钙购自广东拾美新材料有限公司，型号为CAZ-8099，钛白粉购自杭州九朋新材料有限公司，型号为CY-T15，粒径为15nm；
所述防流挂剂为氢化蓖麻油、膨润土，氢化蓖麻油和膨润土的质量比为1.5：3，氢化蓖麻油的CAS号为61788-85-0，膨润土购自芜湖硕华新材料科技有限公司；
所述分散剂为高分子润湿分散剂，购自济南赢信行化工有限公司，型号为[email protected]；
所述固化剂为异氰酸酯固化剂，购自济南蓝爵商贸有限公司，型号为6875；
所述增韧剂为苯乙烯-丙二烯共聚物，购自佛山市瑞盛塑胶有限公司，型号为日本旭化成825；
所述金属氧化物为氧化锌，购自广州金属冶金有限公司，型号为ZnO-1，平均粒径为20nm，比表面积为100m2/g；
所述助剂为硅烷偶联剂，购自东莞市常平昱信塑化经营部，型号为KH-560；
所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂的制备方法同实施例1；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的制备方法同实施例1；
所述耐候性强的耐磨色浆涂料的制备方法同实施例1。
实施例3
实施例3提供了一种耐候性强的耐磨色浆涂料，按重量份计，制备原料包括以下组分：改性醇酸树脂80份，改性丙烯酸树脂40份，聚氨酯20份，颜填料5份，防流挂剂1份，分散剂2份，固化剂4份，增韧剂3份，金属氧化物4份，助剂2份。
所述改性醇酸树脂为甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂；
所述改性丙烯酸树脂为纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂；
所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯，购自上海尤恩化工有限公司，型号为UN-03；
所述颜填料为改性碳酸钙、钛白粉，改性碳酸钙、钛白粉的质量比为2：1，改性碳酸钙购自广东拾美新材料有限公司，型号为CAZ-8099，钛白粉购自杭州九朋新材料有限公司，型号为CY-T15，粒径为15nm；
所述防流挂剂为氢化蓖麻油、膨润土，氢化蓖麻油和膨润土的质量比为1.5：3，氢化蓖麻油的CAS号为61788-85-0，膨润土购自芜湖硕华新材料科技有限公司；
所述分散剂为高分子润湿分散剂，购自济南赢信行化工有限公司，型号为[email protected]；
所述固化剂为异氰酸酯固化剂，购自济南蓝爵商贸有限公司，型号为6875；
所述增韧剂为苯乙烯-丙二烯共聚物，购自佛山市瑞盛塑胶有限公司，型号为日本旭化成825；
所述金属氧化物为氧化锌，购自广州金属冶金有限公司，型号为ZnO-1，平均粒径为20nm，比表面积为100m2/g；
所述助剂为硅烷偶联剂，购自东莞市常平昱信塑化经营部，型号为KH-560；
所述甲基三乙氧基硅烷改性醇酸树脂的制备方法同实施例1；
所述纳米二氧化钛改性丙烯酸树脂的制备方法同实施例1；
所述耐候性强的耐磨色浆涂料的制备方法同实施例1。
对比例1
对比例1具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，颜填料为改性碳酸钙。
对比例2
对比例2具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，防流挂剂为膨润土。
对比例3
对比例3具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，氧化锌购自江苏天行新材料有限公司，型号为TZP-50，平均粒径为30nm，比表面积为50m2/g。
性能评价
对实施例1-3、对比例1-3制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料进行性能测试。
将550g实施例1-3、对比例1-3制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料涂覆在大小为100mm×100mm PET板材上，涂覆厚度为35微米，在80℃烘烤60分钟，性能测试结果见表1。
(1)耐磨性能测试：
将实施例1-3、对比例1-3制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料按照GB/T1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》，进行耐磨性能测试，质量损耗越少，涂料的耐磨性能越好，测得数据见表1；
(2)耐候性能测试：
将实施例1-3、对比例1-3制备得到的耐候性强的耐磨色浆涂料按照GB/T1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》，进行耐候性能测试，测得数据见表1。
表1
质量损耗(mg)
耐候性
实施例1
8
未发生老化现象
实施例2
8
未发生老化现象
实施例3
8
未发生老化现象
对比例1
12
出现脱落现象
对比例2
15
出现脱落现象
对比例3
18
出现脱落现象