一种水性涂料组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，更具体地，涉及一种水性涂料组合物及其制备方法。

背景技术

涂料是现代社会不可缺少的重要材料之一，它在建筑、家具用品、机械设备等许多领域都有着广泛应用。随着环境问题日益严峻，政府对挥发性有机化合物VOC限制的更加严格，使得传统的溶剂型涂料发展越来越受到限制。水性涂料作为环境友好型的涂料，在其性能可与拥挤性涂料相媲美的前提下，以价格低，来源丰富的水作为溶剂，生产、施工方便、具有无毒、不污染环境和节约资源等优点，将成为未来涂料行业的主力军。

丙烯酸酯乳液在抗腐蚀、隔热、抗老化等方面有着优良的性能，使其备受青睐，但丙烯酸酯乳液容易发生沉降，这使得丙烯酸乳液储存稳定下降影响产品的保质期。此外丙烯酸酯乳液在干燥过程中水分子挥发过快，容易导致涂料的涂膜局部干燥开裂，降低涂料的装饰性，影响涂料性能。

因此，如何提高储存稳定性以及防止干燥过程中水分子挥发过快导致涂料的涂膜开裂，成为本领域技术人员急需解决的技术难题之一。

发明内容

基于此，有必要提供一种克服丙烯酸酯乳液储存稳定性低与涂料的涂膜开裂的水性涂料组合物及其制备方法。

本发明的目的是提供一种水性涂料组合物。

本发明的另一目的是提供一种水性涂料组合物的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种水性涂料组合物，所述水性涂料组合物包括以下重量份数的原料：

60-80份丙烯酸树脂、0.3-0.5份增稠剂、0.3-0.5消泡剂、2-3份纳米纤维素、5-8成膜助剂、1-2分散剂、4-6硅酸锆、0.5-1硅烷偶联剂、10-15去离子水。

在上述技术方案中，丙烯酸酯乳液在存放过程中，其中的乳液颗粒容易发生沉降，硅酸锆这类硬质颗粒加入后，会加速该沉降过程的发生，而纳米纤维素引入后，其相比于硅酸锆而言，与丙烯酸酯乳液颗粒之间具有更强的相互作用，因此，可以一定程度上屏蔽乳液颗粒和硅酸锆颗粒之间的相互作用，尤其是纳米级别的纤维素，可以在丙烯酸酯乳液的颗粒周围快速形成绒毛状的包覆层，硅酸锆引入后，其依靠纳米纤维素的物理阻隔作用，避免其直接和丙烯酸酯乳液颗粒接触后发生团聚沉降，并且，在纳米纤维素的协助下，水分子和其他助剂更容易在绒毛状包覆层的界面处滞留，使得涂料中颗粒更倾向于悬浮分布，减少了存放过程中团聚现象的发生，由于涂料存储过程中，各类颗粒相互之间分散更为均匀，因此，可以获得性能更好的产品，其性能的稳定性更高。

除此以外，在后续涂料使用过程中，绒毛状的包覆层存在可以有效控制界面处水分子的挥发速率，使得涂料干燥所过程中涂料干燥产生的应力可以均匀释放，避免涂料的涂膜局部干燥开裂。

优选的，所述增稠剂为无机增稠剂，所述无机增稠剂选自有机膨润土、硅藻土、凹凸棒石土、分子筛、硅凝胶中的任意一种。

优选的，所述泡剂选自有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂为二甲基聚硅氧烷、有机改性聚硅氧烷、乙二醇硅氧烷中的任意一种。

优选的，所述引气剂为异氰酸酯，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种。

优选的，所述硅烷偶联剂选自3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。

优选的，所述成膜助剂为醇醚类成膜助剂，所醇醚类成膜助剂选自丙二醇甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丁醚中的任意一种。

一种水性涂料组合物的制备方法，包括以下制备步骤：

按原料组成称量各原料；

将分散剂、消泡剂加入丙烯酸酯乳液中，搅拌混合，加入纳米纤维素、硅酸锆、硅烷偶联剂高速分散8-10分钟后，再加入成膜助剂、去离子水、增稠剂搅拌混合，得到水性涂料组合物。

优选的，所述的纳米纤维素的制备方法包括以下步骤：

用高碘酸钠氧化针叶木浆，接着用亚氯酸钠继续氧化，通过离心分离后可得到纳米纤维素。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

按重量份数计，依次取10份质量分数为55％的高碘酸钠溶液，8份质量分数为75％的亚氯酸钠溶液，15份固含量为65％的针叶木浆，先将高碘酸钠溶液和针叶木浆混合倒入反应釜中，于温度为55℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌氧化反应2h后，继续于搅拌状态下，加入亚氯酸钠溶液，继续保温搅拌氧化反应30min后，将反应釜中物料转移至离心机中，于转速为3000r/min条件下，离心分离40min后，分离得到下层沉淀物，并于温度为80℃条件下，干燥3h，得纳米纤维素；

按重量份数计，依次取80份丙烯酸酯乳液、0.5份增稠剂、0.5份消泡剂、3份纳米纤维素、8份成膜助剂、2份分散剂、6份硅酸锆、1份硅烷偶联剂、15份去离子水；

先将分散剂、消泡剂加入丙烯酸酯乳液中，置于不锈钢反应罐中，在转速为500r/min的条件下搅拌5min混匀，在维持转速不变的条件下将纳米纤维素、硅酸锆、硅烷偶联剂，待加入的粉料完全混匀后，再以1000r/min的转速分散15min,在转速为500r/min的条件下，加入成膜助剂、去离子水、增稠剂搅拌混匀；

所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂选自二甲基聚硅氧烷；

所述硅烷偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；所述成膜助剂为丙二醇甲醚；所述增稠剂为有机膨润土。

实施例2

按重量份数计，依次取10份质量分数为55％的高碘酸钠溶液，8份质量分数为75％的亚氯酸钠溶液，15份固含量为65％的针叶木浆，先将高碘酸钠溶液和针叶木浆混合倒入反应釜中，于温度为55℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌氧化反应2h后，继续于搅拌状态下，加入亚氯酸钠溶液，继续保温搅拌氧化反应30min后，将反应釜中物料转移至离心机中，于转速为3000r/min条件下，离心分离40min后，分离得到下层沉淀物，并于温度为80℃条件下，干燥3h，得纳米纤维素；

按重量份数计，依次取70份丙烯酸酯乳液、0.4份增稠剂、0.4份消泡剂、2.5份纳米纤维素、7份成膜助剂、1.5份分散剂、5份硅酸锆、0.8份硅烷偶联剂、12份去离子水；

先将分散剂、消泡剂加入丙烯酸酯乳液中，置于不锈钢反应罐中，在转速为500r/min的条件下搅拌10min混匀，在维持转速不变的条件下将纳米纤维素、硅酸锆、硅烷偶联剂，待加入的粉料完全混匀后，再以1200r/min的转速分散20min,在转速为500r/min的条件下，加入成膜助剂、去离子水、增稠剂搅拌混匀；

所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂选自有机改性聚硅氧烷；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；所述成膜助剂为二丙二醇单甲醚；所述增稠剂为硅藻土。

实施例3

按重量份数计，依次取10份质量分数为55％的高碘酸钠溶液，8份质量分数为75％的亚氯酸钠溶液，15份固含量为65％的针叶木浆，先将高碘酸钠溶液和针叶木浆混合倒入反应釜中，于温度为55℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌氧化反应2h后，继续于搅拌状态下，加入亚氯酸钠溶液，继续保温搅拌氧化反应30min后，将反应釜中物料转移至离心机中，于转速为3000r/min条件下，离心分离40min后，分离得到下层沉淀物，并于温度为80℃条件下，干燥3h，得纳米纤维素；

按重量份数计，依次取60份丙烯酸酯乳液、0.3份增稠剂、0.3份消泡剂、2份纳米纤维素、6份成膜助剂、1份分散剂、4份硅酸锆、0.5份硅烷偶联剂、10份去离子水；

先将分散剂、消泡剂加入丙烯酸酯乳液中，置于不锈钢反应罐中，在转速为500r/min的条件下搅拌15min混匀，在维持转速不变的条件下将纳米纤维素、硅酸锆、硅烷偶联剂，待加入的粉料完全混匀后，再以1400r/min的转速分散25min,在转速为500r/min的条件下，加入成膜助剂、去离子水、增稠剂搅拌混匀；

所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂选自乙二醇硅氧烷；所述硅烷偶联剂为γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；所述成膜助剂为二丙二

醇单丁醚；所述增稠剂为凹凸棒石土。

对比例1

本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加纳米纤维素，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例和实施例1相比，区别在于：采用等质量的滑石粉取代纳米纤维素，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例和实施例1相比，区别在于：采用等质量的滑石粉取代硅酸锆，其余条件保持不变。

对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

将各实施例和对比例所得水性涂料组合物用300目滤网过滤，用酒精将聚碳酸酯板擦拭干净，放置2-4min等待酒精完全挥发。用口径为1.3-1.5mm的喷枪，喷涂压强为0.4Mpa条件下，将涂料喷涂在聚碳酸酯板面后放入烘箱进行干燥，于70℃下干燥2h，控制涂层厚度为15-17μm。

用肉眼在光源下对涂膜开裂程度进行测试。

按照GB 6753.3-86测试涂料的储存稳定性；

具体测试结果如表1所示；

表1：产品性能测试结果

由表1测试结果可知，本发明所得产品可以有效提高储存稳定性以及防止涂膜开裂。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。