一种高性能的水性涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种高性能的水性涂料及其制备方法与应用。

背景技术

凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料，依据涂料中粘合剂类别，水性涂料被分为两大类：天然物质或矿物质(如硅酸钾)的天然水性涂料和人工合成树脂(如丙烯酸树脂)的石油化工水性涂料。

水性涂料具有的优点有1.水性涂料以水作溶剂，节省大量资源；水性涂料消除了施工时火灾危险性；降低了对大气污染；水性涂料仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件。2.水性涂料涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。3.水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；水性涂料对材质表面适应性好，涂层附着力强。

虽然水性涂料在具有许多优点，但也存在许多缺陷，目前市售的水性涂料其在防腐蚀性能、耐水性能、硬度和耐盐雾时间上都不够优良，严重限制了水性涂料的发展。只有水性涂料各方面性能上的缺陷得到解决，甚至超越溶剂型涂料，消费者才会更加主动选择使用水性涂料。

基于此，亟需一种新型的高性能的水性涂料以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：

提供一种水性涂料。

本发明所要解决的第二个技术问题是：

提供一种所述水性涂料的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：

所述水性涂料的应用。

为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：1-5份石墨烯、0.1-2份交联剂、2-5份水溶性负离子添加剂、15-20份有机硅树脂和10-15份无机硅酸盐；

组分B：50-80份水性环氧树脂和2-4份胺类化合物。

根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

1.石墨烯具有蜂巢晶格结构，而石墨烯在本发明的涂料中可作为防腐添加剂，因为石墨烯在涂层中，会呈现交叠分布的整体结构，在涂层中构筑起连绵的“城墙”，从而延长了涂层中具有腐蚀效果物质的扩散路径，极大的延缓了涂层对基底的腐蚀效应。

2.本发明涂料中包括水溶性负离子添加剂，从而使得本发明的涂料具有释放负离子的功能，释放出的负离子能够有效抑制霉菌，提高本发明涂料的耐久性。

3.所述胺类化合物可平衡涂料的的酸碱性值，提高涂料的储存稳定性。

4.本发明的水性涂料，具有良好的耐腐蚀性、良好的稳定性和良好的机械性能。

5.本发明的水性涂料，在常温下可以快速自干，当将本发明的水性涂料喷涂后，仅仅30分钟，就能在常温下自干成膜。进一步的，本发明的水性涂料中，包括了有机硅树脂和无机硅酸盐，两者协同之下，解决了常规水性涂料自干性能不佳的问题，实现了技术进步。

根据本发明的一种实施方式，所述有机硅树脂包括水性甲基苯基有机硅树脂。所述水性甲基苯基有机硅树脂包括甲基苯基聚硅氧树脂。

根据本发明的一种实施方式，所述无机硅酸盐包括硅酸钾和硅酸锂中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：1-3份石墨烯、2-4份水溶性负离子添加剂；

组分B：50-60份水性环氧树脂、2-4份胺类化合物。

根据本发明的一种实施方式，所述交联剂包括具有噁唑啉的聚合物、具有环氧化物的聚合物和具有封闭异氰酸酯基的聚合物中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述水溶性负离子添加剂包括纳米蛋白石和纳米电气石中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述胺类化合物包括二甲基乙醇胺、三乙醇胺和二乙醇胺中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述水性涂料，还包括以下组分：成膜助剂、消泡剂、流平剂、分散剂、颜料、抗闪锈剂和增稠剂中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述成膜助剂包括十二碳醇酯和醇醚类溶剂中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述消泡剂包括聚硅氧烷类消泡剂、聚醚类消泡剂和聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述分散剂包括不饱和多元羧酸聚合物和改性丙烯酸嵌段共聚物中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述颜料包括环氧基硅烷颜料。

根据本发明的一种实施方式，所述抗闪锈剂包括炔醇基水性金属缓释抗闪锈剂。

根据本发明的一种实施方式，所述增稠剂包括聚氨酯类增稠剂、聚氧乙烯类增稠剂及聚丙烯酸类增稠剂中的至少一种。

分散剂为不饱和多元羧酸聚合物或者改性丙烯酸嵌段共聚物

为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种制备所述水性涂料的方法，包括以下步骤：

S1混合石墨烯、交联剂、水溶性负离子添加剂，得到组分A；

S2混合水性环氧树脂和胺类化合物，得到组分B

S3混合组分A与组分B，得到水性涂料。

根据本发明的一种实施方式，所述水性环氧树脂，原料包括豆油酸与环氧树脂。所述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在180-250℃、保护气氛下，混合2-5份的豆油酸、4-8份的NPES-904环氧树脂、30-50份桐油酸酐、100-150份乙二醇丁醚和1-3份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10-15mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

本发明的另一个方面，还涉及所述水性涂料在汽车涂料中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的水性涂料。由于该应用采用了上述水性涂料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

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，都属于本发明的范围。

本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例和对比例中交联剂为Epocros K-2010E聚合物。

实施例和对比例中水溶性负离子添加剂为纳米蛋白石，尺寸为200-800nm。

实施例和对比例中有机硅树脂为甲基苯基聚硅氧树脂(湖北隆胜四海新材料)。

实施例1

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：1份石墨烯、0.1份交联剂、2份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡、0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

组分B：50份水性环氧树脂和2份二甲基乙醇胺。

上述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在180℃、保护气氛下，混合2份的豆油酸、4份的NPES-904环氧树脂、30份桐油酸酐、100份乙二醇丁醚和1份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将组分A中的组分按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将组分B中的组分按照配比加入组分A中，在700rpm/min的转速下混合均匀；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

实施例2

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：5份石墨烯、2份交联剂、5份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

组分B：80份水性环氧树脂和4份二甲基乙醇胺。

上述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在180℃、保护气氛下，混合2份的豆油酸、4份的NPES-904环氧树脂、30份桐油酸酐、100份乙二醇丁醚和1份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将组分A中的组分按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将组分B中的组分按照配比加入组分A中，在700rpm/min的转速下混合均匀；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

实施例3

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：3份石墨烯、0.8份交联剂、3份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

组分B：60份水性环氧树脂和3份二甲基乙醇胺。

上述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在180℃、保护气氛下，混合2份的豆油酸、4份的NPES-904环氧树脂、30份桐油酸酐、100份乙二醇丁醚和1份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将组分A中的组分按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将组分B中的组分按照配比加入组分A中，在700rpm/min的转速下混合均匀；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

实施例4

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：3份石墨烯、0.8份交联剂、3份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

组分B：60份水性环氧树脂和3份二甲基乙醇胺。

上述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在250℃、保护气氛下，混合5份的豆油酸、8份的NPES-904环氧树脂、50份桐油酸酐、150份乙二醇丁醚和3份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将组分A中的组分按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将组分B中的组分按照配比加入组分A中，在700rpm/min的转速下混合均匀；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

实施例5

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

组分A：3份石墨烯、0.8份交联剂、3份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

组分B：60份水性环氧树脂和3份二甲基乙醇胺。

上述水性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：在200℃、保护气氛下，混合3份的豆油酸、6份的NPES-904环氧树脂、40份桐油酸酐、120份乙二醇丁醚和2份苄基三乙基氯化铵，待酸值为10mgKOH/g后降温，即得到水性环氧树脂。

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将组分A中的组分按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将组分B中的组分按照配比加入组分A中，在700rpm/min的转速下混合均匀；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

对比例

一种水性涂料，包括以下重量份的组分：

1-5份石墨烯、0.1-2份交联剂、2-5份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333、15份有机硅树脂和10份硅酸钾；

制备上述水性涂料的方法，包括以下步骤：

将1-5份石墨烯、0.1-2份交联剂、2-5份水溶性负离子添加剂、50份水、5份十二碳醇酯、0.3份TEGO-810、0.3份SHYT5019、15份硫酸钡和0.2份BYK-333按照配比加入备料锅中，在1200rpm/min的转速下分散制浆30分钟；

将浆料进行研磨，直至研磨细度小于等于30微米，制得上述水性涂料。

性能测试：

将实施例1-5及对比例所得水性涂料喷涂在测试级钢板上，以GB 6458-86为标准测定其漆膜耐盐雾性能。将上述涂料喷涂在马口铁上，以甲苯往返擦洗试验SP TP88(Standard Products)评价涂敷基材的耐久性，以GB/T 1732-93为标准测定其漆膜耐冲击强度，以GB/T1731-93为标准测定其漆膜柔韧性，以GB/T 6739为标准测定其漆膜铅笔硬度，以GB/T9285-1998为标准测定其附着力。测试结果详见表1。

表1

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。