一种高效水性涂料消泡剂及其制备方法

一种高效水性涂料消泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效水性涂料消泡剂及其制备方法，消泡剂属于精细化学品，因此本发明隶属于精细化学品领域。

背景技术

用水作溶剂或者作分散介质的涂料，称为水性涂料。水性涂料就是以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料，不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI有毒重金属，无毒无刺激气味，对人体无害，不污染环境，漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好并且具有耐水、耐磨、耐老化、耐黄变、干燥快、使用方便等特点。可使用在：木器、金属、塑料、玻璃、建筑表面等多种材质上。

水性涂料有乳胶漆和水溶性涂料两大类，胶漆主要有三种类型：醋酸乙烯酯型、丁苯型和丙烯酸型，均系在乳液聚合后，向所得胶乳中加入颜料浆而制得的。在搅拌调和的过程中往往会剧烈发泡。发泡引起体积膨胀，使调和设备的利用率降低口。起泡限制了搅拌速度，使调和时间延长，而且还会使颜料与填料不能充分润湿；调和制作后即可注入包装桶中，连续注入的生产线是按体积而不是按重量注入的，起泡使桶不能装满，而且因泡沫在逐渐破灭，又将使得注入桶中的重量不均、干扰连续包装；乳胶漆在使用中，泡沫会引起表面缺陷，例如在涂膜上出现陷穴，即气泡要到涂料干燥、成膜时才破灭，使涂膜上出现小孔或称为鱼眼。

为避免发生泡沫，在水性涂料的制作中，实际是不可能的，因而必须采取消泡措施。如前所述，水性涂料制作、使用的多道工序都存在起泡问题，采用机械消泡方法势必每序都要安设一套装置。所以，水性涂料的消泡，都是采用加消泡剂的方法。

本发明采用将改性硅油引入矿物油体系中，同时引入不同种类的白炭黑，并加入自制的乳化液，减少了涂料体系缩孔现象，提高了产品的稳定性，使产品性能更优良。

发明内容

本发明所述的水性涂料消泡剂由以下组份组成：

A、改性硅油

本发明采用低交联度的烷基改性硅油，它是以碳原子数为7~30的长 链烷基代替二甲基硅油分子中的部分甲基形成的，优选碳原子数为8~ 22的长链烷基；长链烷基的引入赋予了改性硅油更好的润滑性、消泡性、可涂印性及对有机材料的亲和性等特殊性能。改性硅油的用量为消泡剂总质量的0.01~5%，优选0.2~3%。

改性硅油的结构式为：

其中：n为6~30的整数，优选6~22的整数；x为5~30的整数，优选10~2 5的整数；y为1~10的整数，优选1~5的整数；z为10~200的整数，优选 50~100的整数。

B、载体

所述载体为液体的有机烃，由碳原子和氢原子组成的化合物。选自煤油、柴油、机油、白油、液蜡、烷基苯、环烷油、重烷基苯，单独使 用或混合使用。载体的用量为消泡剂总质量的60~85%。

C、主要消泡物质

主要消泡物质选自脂肪酸金属皂、白炭黑、氧化铝、氧化镁、氧化锌中的一种或多种。优选脂肪酸金属皂和白炭黑。

(C1) 脂肪酸金属皂

包括脂肪酸的镁盐、铝盐、钙盐、锌盐中的一种或多种。优选脂肪酸铝，可以是单脂肪酸铝、双脂肪酸铝中的一种或两种按任意比例混合 。

单脂肪酸铝包括丁酸铝、辛酸铝、十四烷酸铝、十五烷酸铝、十六烷酸铝、十七烷酸铝、十八烷酸铝、十九烷酸铝、二十烷酸铝、二十二烷酸铝、三十烷酸铝、十四碳烯酸铝、 二十二碳烯酸铝、亚麻酸铝。优选辛酸铝、十六烷酸铝、十八烷酸铝 、二十二烷酸铝。

双脂肪酸铝包括二丁酸铝、二辛酸铝、二（十四烷酸）铝、二（十五烷酸）铝、二（十六烷酸）铝、二（十七烷酸）铝、二（十八烷酸）铝、二（十九烷酸）铝、二（二十烷酸）铝、二（二十二烷酸）铝、 二（三十烷酸）铝、二（十六碳烯酸）铝、二（十八碳烯酸）铝以及二亚油酸铝。优选二辛酸铝、二（十六烷酸）铝、二（十八烷酸）铝 、二（二十二烷酸）铝。

单脂肪酸铝和双脂肪酸铝的脂肪酸碳原子数为4~30，优选为8~24，特别优选14~22。当碳原子数在该范围时可进一步改善消泡性能。脂肪酸金属皂的用量为消泡剂总质量的1~20%，优选3~10%。

(C2) 白炭黑

二氧化硅俗称白炭黑，按照合成方法分沉淀法白炭黑和气相法白炭黑两种，按表面性质分为亲水白炭黑和疏水白炭黑两种，本发明选用疏水的气相法白炭黑和沉淀法白炭黑两种。所述白炭黑的用量为消泡剂总质量的0.01~10%，优选1~8%。

D、消泡助剂

消泡助剂为脂肪酸、脂肪醇、蜡及改性蜡，这些物质单独使用或混合使用，用量为消泡剂总质量的0.1~5%。

E、自制乳化液

本发明所述自制乳化液由span80、辛基苯酚聚氧乙烯醚、聚醚混合配制而成，乳化剂用量为消泡剂用量的1~20%，优选1~15%。

一种高效水性涂料消泡剂的步骤如下：

将载体加入到反应釜中，然后向其中加入疏水气相法白炭黑；以1000~3000rpm的转速高速分散0.5~2h后，降低转速的时候缓慢加入疏水沉淀法白炭黑，通过分散度实验（ISO1524:1983，以下相同），确认在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向其中加入脂肪酸金属皂、改性硅油和消泡助剂；加热搅拌升温，在80~160℃保温0.5~5h；最后降温至70℃加入自制乳化液搅拌，并在－0.01~－0 .06MPa真空度下维持0.1~1.5h即得消泡剂。

具体实施方式

下面将对烷基改性硅油做进一步的描述：

本发明优选的具有低交联度的烷基硅油，通过适当提高催化剂的量，从而实现硅氢键之间的相互作用，达到低交联的目的。

A1：n=6，x=15，y=2，z=100，粘度158mPa.s；

A2：n=10，x=20，y=2，z=80，粘度340mPa.s；

A3：n=20，x=15，y=2，z=80，粘度568mPa.s。

实施例1

将60g的白油，3g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以3000rpm的转速高速分散0.5h后，降低转速至500rpm并缓慢加入5g沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入2g硬脂酸、3g聚乙烯蜡、10g双硬脂酸铝、2gA1，搅拌均匀后升温至120℃，保温2h； 降温至70℃加入15g自制乳化液搅拌，在－0.02MPa真空度下维持0.5h即得消泡剂M1。

实施例2

将60g的柴油、15.5g的环烷油、5g的烷基苯，1g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以2000rpm的转速高速分散1h后， 降低转速至500rpm并缓慢加入4g的沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入4g双硬脂酸铝、1g聚酰胺蜡、0.5g硬脂酸、3gA1，搅拌均匀后升温至140℃，保温3h；降温至70℃加入6g自制乳化液搅拌，在－0.04MPa真空度下维持0.8h即得消泡剂M2。

实施例3

将80g液蜡，0.3g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以3000rpm的转速高速分散0.5h后，降低转速至800rpm并缓慢加入1.5g的沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入1g聚酰胺蜡、0.7g硬脂酸、5g双辛酸铝、1g聚乙烯蜡、0.5gA3，搅拌均匀后升温至150℃，保温4h；降温至70℃加入10g自制乳化液搅拌，并在－0.06MPa真空度下维持 1.0h即得消泡剂M3。

实施例4

将65g煤油，4g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以2000rpm的转速高速分散2h后，降低转速至800rpm并缓慢加入4g的沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入5g硬脂酸、4g双辛酸铝、3gA3，搅拌均匀后升温至150℃，保温4h；降温至70℃加入15g自制乳化液搅拌，并在－ 0.06MPa真空度下维持 1.0h即得消泡剂M4。

实施例5

将85g液蜡，0.5g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以3000rpm的转速高速分散0.5h后，降低转速至800rpm并缓慢加入0.5g的沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入1g聚酰胺蜡、5g二十二烷酸铝、5gA3，搅拌均匀后升温至150℃，保温4h；降温至70℃加入3g自制乳化液搅拌，并在－ 0.06MPa真空度下维持1.0h即得消泡剂M5。

实施例6

将72g的重烷基苯，2.5g气相法疏水白炭黑加入反应釜中以3000rpm的转速高速分散0.5h后，降低转速至500rpm并缓慢加入2.5g沉淀法疏水白炭黑，通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒；然后向反应釜中加入2g硬脂酸、11.4g二（十八烷酸）铝、1.6gA1，搅拌均匀后升温至120℃，保温2h； 降温至70℃加入8g自制乳化液搅拌，在－0.02MPa真空度下维持0.5h即得消泡剂M6。

对比例1

将60g的白油，8g沉淀法疏水白炭黑、2g硬脂酸、3g聚乙烯蜡、10g双硬脂酸铝、2g十二烷基硅油，加入反应釜中搅拌均匀后升温至140℃，保温2h；然后降温至70℃加入15g油酸聚氧乙烯醚混合，并在－0.02MPa真空度下维持0.5h即得消泡剂M7 。

对比例2

将80.5g烷基苯，1.8g沉淀法疏水白炭黑加入反应釜中以1000rpm的转速高速分散0.5h后通过分散度实验，确定在该体系中无5μm以上的颗粒后，分别向反应釜中加入1g聚酰胺蜡、0.7g硬脂酸 、5g双辛酸铝、1g聚乙烯蜡，搅拌均匀后升温至140℃，保温3h；然后降温至70℃加入10g自制乳化液搅拌，并在－0.04MPa真空度下维持1.0h即得消泡剂M8。

消抑泡性能测试

测试方法：在1000ml的杯中加入配好的涂料200ml，然后加入0.3%的消泡剂，采用实验室高速分散机，以1000rpm的转速高速分散10min，停止后立即倒入1000ml的量筒中，记录液体的重量和体积，计算密度， 密度数值大者说明含气量较小，表明消泡剂抑泡性能好。测试结果如下：

稳定性测试

测试方法：将消泡剂在40℃下放置30天后进行目视视察，测试结果如下：