一种环保水性漆及其制备方法

一种环保水性漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及漆料及其制备方法技术领域，尤其涉及一种环保水性漆及其制备方 法。

背景技术

近年来，随着经济的发展，人们对生活质量水平要求越来越高，对生活中家居装饰 装潢也有较高的要求，不仅要求这些装饰装潢材料带来视觉美感和舒适感，与此同时，还需 要其成本低廉，更加环保，安全，无刺激，耐用。漆料是常见的装饰装潢材料之一，其广泛使 用提高了人们的生活质量，但传统的漆料含有甲醇等有毒有害的物质，这些有机挥发物的 排放，给人类赖以生存的生态环境及人们的身心健康带来严重伤害。因此，开发一种不含有 机挥发物，对空气环境影响小的漆料成为业内研究的热点。

水性漆就是以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料，具有不含苯、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。这类漆料能从根本上解决传统溶剂型涂料对人 体和环境的危害，与溶剂型涂料相比，水性漆在节能、环保方面具有很大优越性。然而，目前 国内水性漆的使用率不高，其主要原因是传统水性漆仍存在技术缺陷，如漆膜硬度低，耐磨 性、流平性、成膜性能及光泽差，消泡困难。

中国发明专利201711046841.6公开了一种干燥速度快的醇酸树脂水性漆，按照重 量份计由以下成分制成：甘油三酸酯55-60份、聚醋酸乙烯乳液40-50份、苯酐30-35份、季戊 四醇25-30份、松油醇5-10份、填料3-5份、助剂2-3份、催化剂0.2-0.4份、活性沸石粉0.1- 0.3份、水70-80份，利用活性沸石粉无序介孔结构能够将成膜物质中含有的亲水基团改变 排列结构，使其吸水性降低，涂膜的耐腐蚀性得到提高，加快施工和干燥固化过程。但活性 沸石粉的加入，容易造成水性漆稳定性欠佳。漆膜硬度、耐磨性、流平性还有待进一步提高。

因此，市场上亟需一种生产成本低廉，漆膜硬度大、丰满度高、施工宽容、稳定性 好，使用安全环保的环保水性漆。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种环保水性漆及其制备方法，该制备方法简单易 行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的环保水性漆克服了现有 技术中的水性漆存在的施工难、不耐水、易揭皮、丰满度差、硬度差等缺陷，生产成本更加低 廉，漆料综合性能更优异，更加绿环保，与基材附着力更强，稳定性更高，漆膜硬度更大， 丰满度更高，施工更宽容。

为达到以上目的，本发明提供一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡 咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物60-70份、分散剂1-3份、改性纳米二氧化钛15-20份、 流平剂1-2份、消泡剂1-3份、水10-20份。

较佳地，所述分散剂为六偏磷酸钠和/或聚羧酸钠盐；所述消泡剂优选为磷酸三丁 酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种；所述流平剂优选为聚丙烯酸酯流平 剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。

优选地，所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)溶于有机溶 剂中，在室温下搅拌反应10-12小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、加入带有冷凝 器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至80-90℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加入引 发剂，0.5-1小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇，保温并在氮气或惰性气体氛围下继 续搅拌反应3-5小时，降至室温，后加入羟基丙二酸，再搅拌反应0.5-1小时，后经过旋蒸，置 于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物。

优选地，步骤1)中所述2-氯丙烯酸乙酯、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯 烷酮)、有机溶剂的质量比为1.12:1:(5-8)。

较佳地，所述有机溶剂选自乙醚、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种。

优选地，步骤2)中所述中间物、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、引发剂、异丙醇、羟基丙 二酸的质量比为2:1:(0.03-0.05):(5-8):(0.5-1)。

较佳地，所述引发剂选自偶氮二异、偶氮二异庚腈中的一种或几种。

较佳地，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。

优选地，改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛分散于异 丙醇中，再向其中加入硅烷偶联剂KH560，室温搅拌反应4-6小时，再向其中加入聚醚胺，在 70-80℃下搅拌回流反应4-6小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤3-5次后置于真空干燥箱75-85 ℃下烘10-14小时。

较佳地，所述纳米二氧化钛、异丙醇、硅烷偶联剂KH560、聚醚胺的质量比为(3-5): (10-15):0.15:(0.3-0.5)。

优选地，所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯 类成膜聚合物、分散剂、改性纳米二氧化钛、流平剂、消泡剂、水按照其质量百分比依次混合 搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明公开的环保水性漆的制备方法，简单易行，对设备及反应条件要求不 高，原料易得，价格低廉，适合大规模生产。

(2)本发明公开的环保水性漆，克服了现有技术中的水性漆存在的施工难、不耐 水、易揭皮、丰满度差、硬度差等缺陷，生产成本更加低廉，漆料综合性能更优异，更加绿 环保，与基材附着力更强，稳定性更高，漆膜硬度更大，丰满度更高，施工更宽容。

(3)本发明公开的环保水性漆，对纳米二氧化硅进行表面改性，引入聚醚胺，一方 面有利于纳米二氧化硅的分散，另一方面，使得水性漆稳定性更好。

(4)本发明公开的环保水性漆，各组分协同作用，使得水性漆综合性能更好，与基 材附着力更大，漆膜通过离子键固化交联，进一步提高漆膜耐候性等性能。且不含挥发性有 机溶剂，不会释放甲醛等有害物质，反而对甲醛具有净化作用，使用更加绿环保。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优 选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本发明实施例中使用的原料购于摩贝(上海)生物科技有限公司。

实施例1

一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成 膜聚合物60份、六偏磷酸钠1份、改性纳米二氧化钛15份、聚丙烯酸酯流平剂1份、磷酸三丁 酯1份、水10份。

所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯11.2g、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)10g溶 于乙醚50g中，在室温下搅拌反应10小时，后旋蒸除去乙醚，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物20g、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯10g、加入带 有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至80℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加 入偶氮二异0.3g，0.5小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇50g，保温并在氮气氛围 下继续搅拌反应3小时，降至室温，后加入羟基丙二酸5g，再搅拌反应0.5小时，后经过旋蒸， 置于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物。

改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛30g分散于异丙醇 100g中，再向其中加入硅烷偶联剂KH5601.5g，室温搅拌反应4小时，再向其中加入聚醚胺 3g，在70℃下搅拌回流反应4小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤3次后置于真空干燥箱75℃下烘 10小时。

所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜 聚合物、六偏磷酸钠、改性纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、磷酸三丁酯、水按照其质量百 分比依次混合搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

实施例2

一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成 膜聚合物63份、聚羧酸钠盐2份、改性纳米二氧化钛17份、醋丁纤维素流平剂1份、消泡剂德 谦31002份、水13份。

所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯11.2g、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)10g溶 于二氯甲烷65g中，在室温下搅拌反应10.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物20g、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯10g、加入带 有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至83℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加 入偶氮二异庚腈0.35g，0.6小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇65g，保温并在氦气氛 围下继续搅拌反应3.5小时，降至室温，后加入羟基丙二酸6.5g，再搅拌反应0.6小时，后经 过旋蒸，置于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物。

改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛35g分散于异丙醇 120g中，再向其中加入硅烷偶联剂KH5601.5g，室温搅拌反应4.5小时，再向其中加入聚醚胺 3.5g，在73℃下搅拌回流反应4.5小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤4次后置于真空干燥箱78℃ 下烘12小时。

所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜 聚合物、聚羧酸钠盐、改性纳米二氧化钛、醋丁纤维素流平剂、消泡剂德谦3100、水按照其质 量百分比依次混合搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

实施例3

一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成 膜聚合物65份、六偏磷酸钠2份、改性纳米二氧化钛18份、聚乙烯醇缩丁醛流平剂2份、消泡 剂BYK0882份、水16份。

所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯11.2g、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)10g溶 于乙酸乙酯70g中，在室温下搅拌反应11小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物20g、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯10g、加入带 有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至87℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加 入偶氮二异庚腈0.4g，0.8小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇70g，保温并在氖气氛围 下继续搅拌反应4小时，降至室温，后加入羟基丙二酸7.5g，再搅拌反应0.8小时，后经过旋 蒸，置于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物。

改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛40g分散于异丙醇 135g中，再向其中加入硅烷偶联剂KH5601.5g，室温搅拌反应5小时，再向其中加入聚醚胺 4g，在77℃下搅拌回流反应5小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤4次后置于真空干燥箱80℃下烘 12.5小时。

所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜 聚合物、六偏磷酸钠、改性纳米二氧化钛、聚乙烯醇缩丁醛流平剂、消泡剂BYK088、水按照其 质量百分比依次混合搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

实施例4

一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成 膜聚合物68份、分散剂3份、改性纳米二氧化钛18份、流平剂2份、消泡剂3份、水18份；所述分 散剂是六偏磷酸钠、聚羧酸钠盐按质量比2:3混合而成的混合物；所述消泡剂是磷酸三丁 酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088按质量比1:3:2混合而成的混合物；所述流平剂是聚丙 烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂按质量比3:4:5混合而成的混合 物。

所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯11.2g、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)10g溶 于丙酮75g中，在室温下搅拌反应11.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物20g、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯10g、加入带 有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至88℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加 入引发剂0.45g，0.9小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇75g，保温并在氩气氛围下继 续搅拌反应4.5小时，降至室温，后加入羟基丙二酸9g，再搅拌反应0.9小时，后经过旋蒸，置 于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物；所述引发 剂是偶氮二异、偶氮二异庚腈按质量比2:5混合而成的混合物。

改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛45g分散于异丙醇 145g中，再向其中加入硅烷偶联剂KH5601.5g，室温搅拌反应5.5小时，再向其中加入聚醚胺 4.5g，在78℃下搅拌回流反应5.5小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤5次后置于真空干燥箱83℃ 下烘13小时。

所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜 聚合物、分散剂、改性纳米二氧化钛、流平剂、消泡剂、水按照其质量百分比依次混合搅拌 后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

实施例5

一种环保水性漆，按照重量份计由以下成分制成：吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成 膜聚合物70份、聚羧酸钠盐3份、改性纳米二氧化钛20份、聚丙烯酸酯流平剂2份、磷酸三丁 酯3份、水20份。

所述吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将2-氯丙烯酸乙酯11.2g、1,1'-(亚氨基二-2,1-乙二基)二(2-吡咯烷酮)10g溶 于二氯甲烷80g中，在室温下搅拌反应12小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间物；

2)将经过步骤1)中制备得到的中间物20g、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯10g、加入带 有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，油浴升温至90℃，后用恒压漏斗向烧瓶中缓慢加 入偶氮二异0.5g，1小时内加完，加完后再向其中加入异丙醇80g，保温并在氮气氛围下 继续搅拌反应5小时，降至室温，后加入羟基丙二酸10g，再搅拌反应1小时，后经过旋蒸，置 于真空干燥箱60℃下烘12小时，即可得吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜聚合物。

改性纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：将纳米二氧化钛50g分散于异丙醇 150g中，再向其中加入硅烷偶联剂KH5601.5g，室温搅拌反应6小时，再向其中加入聚醚胺 5g，在80℃下搅拌回流反应6小时，后经过旋蒸，用乙醇洗涤5次后置于真空干燥箱85℃下烘 14小时。

所述环保水性漆的制备方法，包括如下步骤：将吡咯烷酮接枝聚丙烯酸酯类成膜 聚合物、聚羧酸钠盐、改性纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、磷酸三丁酯、水按照其质量百 分比依次混合搅拌后，再加入辅助剂，研磨、过滤，即得到本发明的环保水性漆。

对比例

本例提供一种水性漆，其原料和配方同中国发明专利CN 107083170A实施例1。

对上述实施例1-5以及对比例所得水性漆进行相关性能测试，测试结果如表1所 示。

表1

从表1可以看出，本发明实施例公开的环保水性漆，与现有技术中的水性漆相比， 具有更加优异的耐水性、硬度，附着力更大，干燥时间更短，更加绿环保。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。