自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种可应用于混凝土结构工程防护、金属材料防腐蚀、建筑涂装的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料。

背景技术

涂层各层次有不同性能要求，单一涂层不能兼顾不同的要求：例如：金属防腐，底涂需要防锈附着，面涂需要耐水耐老化等；汽车涂料，底涂需要防锈附着，面涂需装饰和防擦挂混凝土防护，底涂粘结牢固，面涂防水及抵抗侵蚀、耐老化等。因此，为了获得多层涂层，使每层涂层具备不同的功能，一般采用涂料分次施涂的方式。涂料分次施涂的目的是为了确保底涂与基面粘结能力、中涂变形协调能力、面涂防护与装饰效果。乳液类涂料为良好满足基底结合、表面保护及其他不同要求，常需要进行分次施涂(底涂、中涂、面涂)，对施工周期、造价、质量控制等带来不利影响。而现有技术中的自分层涂料，主要基于涂料组合物中的疏水性与亲水性的差异，使涂层形成过程中，疏水乳液或添加物上浮于表面，并形成分层次的涂层构造。而疏水部分主要采用表面能低的含氟聚合物和有机硅烷类改性。例如：CN101712766A含氟聚丙烯酸酯自组织梯度共混乳胶膜的制备方法，成膜时利用共混组分的乳胶粒粒径、玻璃化转变温度的差异，控制成膜条件，使不同聚合物乳胶粒在成膜过程中选择性聚集，初步自组织形成氟浓度梯度膜；CN101724326B水性有机硅-丙烯酸自分层涂料具有梯度自分层功能，在涂料成膜过程中，丙烯酸树脂向基层运动，增加与建筑物表面的附着力，有机硅组分向表层运动，提高表面涂膜的抗污性和耐候性。现有的水性有机硅-丙烯酸涂料的制备方法有两种：物理共混和化学改性。对于物理共混有机硅-丙烯酸涂料，是将有机硅乳液或分散液直接加入丙烯酸酯乳液中，两种乳液之间不发生化学反应，由于有机硅和丙烯酸表面能差别大，易分层，不满足自分层涂料中各组分聚合物稳定存在的要求；同样对于化学改性有机硅-丙烯酸树脂，采用有机硅单体和丙烯酸单体乳液共聚，分子以化学键结合，稳定性好，在固化成膜过程中难以自动分离，所以也不能直接用来制备自分层有机硅-丙烯酸涂料。CN108373757A的一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法采用自分层技术，利用含氟丙烯酸树脂的低表面能,使含氟丙烯酸树脂分布在上层提供防腐性能，利用水性环氧树脂较好的粘结性，使其分布在涂料的下层； CN107879677A一种自分层抗污真石漆，通过添加疏水纤维，在真石漆表面建立类似荷叶表面的微乳突结构，以起到荷叶疏水效果。

综上所述现有技术实现梯度涂层(或自分层)，涉及乳液合成、改性等技术，较为复杂繁琐，仅针对特定的乳液，适用性不够广泛。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，通过混合或调制不同稳定性的混合乳液，一次施涂后，在成膜过程中使混合乳液分先后依次破乳成膜，最终形成成分按梯度分布涂层，达到与分次施涂相当或更好的性能，具有缩短施工周期、节约造价并便于质量控制的效果。

本发明的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，涂层原料至少包括两种以上不同稳定性的乳液，混合乳液在成膜过程中分先后依次破乳成膜形成由底层向面层呈稳定性梯度增强分布的自分层涂层；

进一步，通过调控混合乳液中各乳液的ZETA电位以扩大混合乳液各成分之间的稳定性差异；

进一步，通过调控混合乳液中各乳液的界面水化膜厚度以扩大混合乳液各成分之间的稳定性差异。

进一步，采用非离子乳化剂调控混合乳液中各乳液的界面水化膜厚度；

进一步，所述非离子乳化剂为斯盘、吐温、tx-10、op-10中的一种或两种以上混合物；

进一步，所述涂层底层向面层各乳液成分呈梯度分层分布；

进一步，所述涂层中底层向面层模量递减或递增；

进一步，所述乳液为丙烯酸类乳液、环氧乳液、聚氨酯乳液中的至少两种；

进一步，所述丙烯酸类乳液为硅丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液中的至少一种。

本发明的有益效果：本发明的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，通过混合或调制不同稳定性的混合乳液，一次施涂后，在成膜过程中使混合乳液分先后依次破乳成膜，最终形成成分按梯度分布涂层，达到与分次施涂相当或更好的性能，具有缩短施工周期、节约造价并便于质量控制的效果。

具体实施方式

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，涂层原料至少包括两种以上不同稳定性的乳液，混合乳液在成膜过程中分先后依次破乳成膜形成由底层向面层呈稳定性梯度增强分布的自分层涂层；乳液是乳胶类涂层的主成膜物质，是乳胶粒的悬浮体系，乳胶粒之间的相互排斥力越大，乳液越稳定。可以将高稳定性乳液中的乳胶粒定义为“强斥胶粒”，同理有“中斥胶粒”和“弱斥胶粒”。将同类或不同类乳液混合时，如果各乳液的稳定性存在差异，则混合乳液是由“强斥胶粒”与“中斥胶粒”和“弱斥胶粒”在同一介质中的混合悬浮体系。

混合乳液在脱水过程初期：胶粒间水介质液膜减薄，“弱斥胶粒”因斥力小而率先受压聚并、堆砌，并产生毛细挤压力；而“强斥胶粒”仍处于悬浮状态，在毛细挤压力作用下，随水迁移至上层；成膜过程后期：“弱斥胶粒”先融并成膜，集结于下层，即基底表面；由于介质水持续脱出，“强斥胶粒”再开始聚并、堆砌融并成膜，并集结于涂层表面。因此，混合乳液最终形成涂层中，底层为富含或全部为弱稳定乳液成分，表面层为富含或全部为强稳定乳液成分，涂层中部为梯度过渡区。

本实施例中，通过调控混合乳液中各乳液的ZETA电位以扩大混合乳液各成分之间的稳定性差异；为实现混合乳液一次施涂形成梯度构造涂层，可以采取的方法包括但不限于：1.选取稳定性存在差异的乳液直接混合，即形成“强斥胶粒”“中斥胶粒”和“弱斥胶粒”共存乳液体系。2.对乳液原料进行稳定性的差异化调整，再混合，可以通过各种手段，对乳液的zeta电位、界面水化膜厚度等进行调控。然后按常规施工方法进行涂覆施工即可。

本实施例中，通过调控混合乳液中各乳液的界面水化膜厚度以扩大混合乳液各成分之间的稳定性差异，可采用非离子乳化剂调控混合乳液中各乳液的界面水化膜厚度；所述非离子乳化剂为斯盘、吐温、tx-10、op-10中的一种或两种以上混合物，添加量为1-2％。采用非离子乳化剂增加水化膜厚度，以增加乳胶粒排斥力、提高稳定性。

本实施例中，所述涂层底层向面层各乳液成分呈梯度分层分布；所述涂层中底层向面层模量递减或递增，所述乳液为丙烯酸类乳液、环氧乳液、聚氨酯乳液中的至少两种；所述丙烯酸类乳液为硅丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液中的至少一种。上述实施

实施例一

不同类乳液的相互组合：

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，原料包括丙烯酸乳液和环氧乳液，按质量比：丙烯酸乳液：环氧乳液＝1：9。丙烯酸乳液的zeta电位35-48mV，环氧乳液的zeta电位28-35mV，采用不同的zeta电位组配：zeta 电位越低，成膜后的梯度涂层中，底层含量越大(极限最高含量98％)、面层含量越少。环氧乳液zeta电位<丙烯酸差值8-20mV，环氧粘接力好做底层、丙烯酸耐候性好做面层。该涂料用于户外钢结构防腐。

实施例二

不同zeta电位的同类乳液组合：

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，原料包括苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液，按质量比：苯丙乳液：纯丙乳液：硅丙乳液＝1：1：1。

采用同类乳液形成3层梯度涂层，底层至面层力学模量协调。苯丙乳液(zeta 电位30mV)模量高，作为底层(成膜后的梯度涂层含量80-95％)；纯丙乳液(zeta 电位35-40mV)模量低，作为中间层，具有变形协调、防水性好的特点；硅丙乳液(zeta电位45mV)，模量中等，具有耐候性优异的特点，作为面层防晒。该实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，用于混凝土、硬塑料等防护涂层。

通过调控zeta电位差异小的乳液，使乳液之间的zeta电位差异增大以提高稳定性(下述例3-例5)：

实施例三

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，原料包括环氧乳液、聚氨酯乳液和非离子乳化剂，按质量比氧乳液：聚氨酯乳液＝3:7,所述非离子乳化剂为斯盘，添加量为聚氨酯乳液的2％。环氧乳液+聚氨酯乳液zeta电位均为32mV，因此在聚氨酯乳液中添加斯盘，增加水化膜厚度，增加了聚氨酯乳胶粒排斥力、提高稳定性。最终成膜的涂层中，底部环氧含量85-90％；表面层聚氨酯含量95％；中间层两种成分含量渐变，形成过渡区，模量由底层至面层递减。利用环氧粘结力强，基底结合牢实；利用聚氨酯变形性好、抗冲击不脆裂。该涂料可用于钢结构防腐、混凝土防水，防止涂层变形开裂，防机械碰撞破坏，提高防水、防腐蚀、耐冲击等防护性能。

实施例四

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，原料包括环氧乳液、聚氨酯乳液和非离子乳化剂，按质量比环氧乳液：聚氨酯乳液＝5:9,所述非离子乳化剂为op-10，添加量为聚氨酯乳液的1％。

实施例五

本实施例的自主形成梯度分布涂层的混合乳液涂料，原料包括环氧乳液、聚氨酯乳液和非离子乳化剂，按质量比环氧乳液：聚氨酯乳液＝3:8,所述非离子乳化剂为op-10，添加量为聚氨酯乳液的1.5％。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。