一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法
【专利摘要】本发明涉及涂料制备技术，旨在提供一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法。该方法包括：将水性氧化硅、氧化钛、氧化锆溶胶分别加入单独的反应器中，再使用pH值调节剂调节pH值，加入有机硅氧烷，搅拌反应，分别得到改性溶胶；将水性环氧树脂、催干剂和助剂添加到改性溶胶中搅拌均匀，得到常温固化单组份纳米复合水性涂料。本发明将溶胶凝-胶技术、有机硅改性技术、纳米改性及复配技术与目前水性树脂相结合，制备出综合性能较好的常温固化单组份纳米复合水性涂料，尤其是适用于需要透明涂层的基材上。纳米氧化物溶胶不仅可以提高涂层硬度、耐磨、耐刮擦性，而且可以提高涂层的耐老化、耐腐蚀、耐热性能。
【专利说明】一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料制备技术，特别涉及一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备 方法。
【背景技术】
[0002] 涂料行业是我国重要的化工行业，关系到国民经济的发展。但传统涂料产品使用 过程中挥发性有机化合物（VOCs)的排放较大，对环境污染较大。水性涂料以高分子树脂 为基材，以水为溶剂，可有效降低VOCs排放，减少环境污染，具有绿色、安全、使用方便的特 点。当前，我国大气污染形势较为严峻，特别是近一两年来全国多地出现持续性雾霾，以PM 2. 5、V0CS为主要污染物的区域性大气环境问题日益突出。这些问题引起了国家对治理大气 污染问题的高度重视，同时也促使国家加大力度推进水性涂料产业的发展。
[0003] 水性涂料经过近几年发展已经取得了巨大进步。产量从无到有，技术从粗糙到精 细，品种从单一到多样化，各种配套的树脂、助剂、色精、涂装设备、烘烤设施等都在不断完 善。然而在实际的推广中也遇到了一些问题：比如：水性涂料漆膜耐水性、耐热性较差、硬 度偏低等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种常温固化单组份 分纳米复合水性涂料制备方法。
[0005] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0006] 提供一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法，具体步骤是：
[0007] (1)常温下，将固含量为20%?50%的水性氧化硅溶胶、固含量为5%?15%的水 性氧化钛溶胶或固含量为20%?30%的水性氧化锆溶胶中的至少一种分别加入单独的反 应器中，再各自进行如下处理：
[0008] 使用pH值调节剂调节pH值为1. 5?5,加入有机硅氧烧，有机硅氧烷的添加量为 溶胶固含量的5%?45% ;搅拌反应10?30min后升温，控制反应温度为60?80°C，继续 反应6?12h，然后降至室温出料，分别得到有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改性氧化钛溶 胶或有机硅改性氧化锆溶胶；
[0009] (2)常温下，使用pH值调节剂将步骤（1)所得的有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改 性氧化钛溶胶或有机硅改性氧化锆溶胶的pH值调整至2?11，得到改性溶胶；
[0010] (3)常温下，将水性环氧树脂、催干剂和助剂添加到步骤（2)中的一种改性溶胶中 或几种改性溶胶的混合物中，搅拌均匀，得到常温固化单组份纳米复合水性涂料；
[0011] 其中，水性环氧树脂所含固体成分与改性溶胶所含固体成分的质量比为〇. 1? 10 ；
[0012] 所述催干剂是钴、锆、锌、钙或稀土类金属的盐中的至少一种，催干剂与水性环氧 树脂的质量比控制在〇. 01 %?〇. 6%之间；
[0013] 所述助剂为消泡剂（迪高810)、润湿剂（BYK346)中的至少一种，助剂占涂料固含 量的的0. 5%?2%。
[0014] 作为改进，本发明步骤（1)中的的有机硅氧烷是KH550、KH560、KH570、甲基三甲氧 基娃烧、甲基二乙氧基娃烧、苯基二甲氧基娃烧、苯基二乙氧基娃烧、异丁基二甲氧基娃烧、 异丁基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。
[0015] 作为改进，本发明步骤（1)和步骤（2)中所述的pH值调节剂是HC1、HN03、甲酸、乙 酸、NaOH、Κ0Η、氨水中的至少一种。
[0016] 作为改进，本发明步骤（3)中所述水性环氧树脂的固含量为40 %?70 %，VOCs占 水性环氧树脂总质量的2%?6%，余量是作为溶剂的水；所述VOCs是乙二醇单丁醚、丙二 醇甲醚和异丙醇的混合物。
[0017] 与现有制备技术相比，本发明的有益效果在于：
[0018] 本发明将溶胶凝-胶技术、有机硅改性技术、纳米改性及复配技术与目前水性树 脂相结合，制备出综合性能较好的常温固化单组份纳米复合水性涂料，尤其是适用于需要 透明涂层的基材上。
[0019] 对采用的有机硅氧烷改性水性纳米氧化物溶胶，可以解决不同溶胶因表面特性不 同在混合时出现的凝胶、沉淀等问题，且能保持纳米颗粒氧化物的溶胶分散特性。在与水性 环氧树脂混合时不需要特殊设备研磨分散，只需一般分散机或者搅拌器搅拌均匀即可达到 良好分散效果。氧化物溶胶经过有机硅氧烷改性后，可以更好地分散到水性环氧树脂中，而 且在后期成膜时可以增加与环氧树脂聚合物之间的黏附力以及提高涂层与基材的附着力。 有机硅中的Si-o键以及有机官能团与环氧树脂C-C键、环氧键相结合有利于提高涂层的耐 水性，耐热性，以及耐化学性以及环氧树脂的脆性。纳米氧化物溶胶不仅可以提高涂层硬 度、耐磨、耐刮擦性，而且可以提高涂层的耐老化、耐腐蚀、耐热性能。
【具体实施方式】
[0020] 一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法，具体步骤是：
[0021] (1)常温下，将固含量为20%?50%的水性氧化硅溶胶、固含量为5%?15%的水 性氧化钛溶胶或固含量为20%?30%的水性氧化锆溶胶中的至少一种分别加入单独的反 应器中，再各自进行如下处理：
[0022] 使用pH值调节剂调节pH值为1. 5?5,加入有机硅氧烷，有机硅氧烷的添加量为 溶胶固含量的5%?45% ;搅拌反应10?30min后升温，控制反应温度为60?80°C，继续 反应6?12h，然后降至室温出料，分别得到有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改性氧化钛溶 胶或有机硅改性氧化锆溶胶；
[0023] (2)常温下，使用pH值调节剂将步骤（1)所得的有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改 性氧化钛溶胶或有机硅改性氧化锆溶胶的pH值调整至2?11，得到改性溶胶；
[0024] (3)常温下，将水性环氧树脂、催干剂和助剂添加到步骤（2)中的一种改性溶胶中 或几种改性溶胶的混合物中，搅拌均匀，得到常温固化单组份纳米复合水性涂料。
[0025] 具体实施例中参数见表1。
[0026] 表1具体实施例及组成
[0027]
【权利要求】
1. 一种常温固化单组分纳米复合水性涂料制备方法，其特征在于，具体步骤是： (1) 常温下，将固含量为20 %?50 %的水性氧化硅溶胶、固含量为5 %?15 %的水性氧 化钛溶胶或固含量为20%?30%的水性氧化锆溶胶中的至少一种分别加入单独的反应器 中，再各自进行如下处理： 使用pH值调节剂调节pH值为1. 5?5,加入有机硅氧烷，有机硅氧烷的添加量为溶胶 固含量的5%?45% ;搅拌反应10?30min后升温，控制反应温度为60?80°C，继续反应 6?12h，然后降至室温出料，分别得到有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改性氧化钛溶胶或 有机硅改性氧化锆溶胶； (2) 常温下，使用pH值调节剂将步骤（1)所得的有机硅改性氧化硅溶胶、有机硅改性氧 化钛溶胶或有机硅改性氧化锆溶胶的pH值调整至2?11，得到改性溶胶； (3) 常温下，将水性环氧树脂、催干剂和助剂添加到步骤⑵中的一种改性溶胶中或几 种改性溶胶的混合物中，搅拌均匀，得到常温固化单组份纳米复合水性涂料； 其中，水性环氧树脂所含固体成分与改性溶胶所含固体成分的质量比为0. 1?10 ; 所述催干剂是钴、锆、锌、钙或稀土类金属的盐中的至少一种，催干剂与水性环氧树脂 的质量比控制在〇. 01 %?〇. 6%之间； 所述助剂为消泡剂、润湿剂中的至少一种，助剂占涂料固含量的的〇. 5%?2%。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1)中的的有机硅氧烷是KH550、 KH560、KH570、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅 烧、异丁基二甲氧基娃烧、异丁基二乙氧基娃烧、-苯基_甲氧基娃烧、-苯基_乙氧基娃 烷中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤⑴和步骤⑵中所述的pH值调节 剂是HC1、ΗΝ03、甲酸、乙酸、NaOH、KOH、氨水中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3)中所述水性环氧树脂由环氧树 月旨、挥发性有机化合物VOCs和水组成；其中，水性环氧树脂的固含量为40%?70%，VOCs 占水性环氧树脂总质量的2%?6%，余量是作为溶剂的水；所述VOCs是乙二醇单丁醚、丙 二醇甲醚和异丙醇的混合物。
【文档编号】C09D163/00GK104194562SQ201410409685
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】阙永生, 吴春春, 申乾宏, 张玲洁, 汪海风, 彭晓光, 姜益群 申请人:浙江大学自贡创新中心