本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强度水溶性粉末涂料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着经济的发展及人们生活水平的提高，建筑物装饰装潢越来越豪华，所使用的装饰装潢材料也日新月异，这些装饰装潢材料给人们带来视觉美感和舒适感的同时，也给人类赖以生存的环境及自身的身心健康带来了严重的伤害。近年来，由于生态环境的恶化及人们环保意识的增强，环境保护愈来愈受到世界的关注。各个国家都制定了相关法规来严格限制装饰装潢材料中的有机挥发物(voc)的排放。涂料作为众多装饰装潢材料中的一种重要类型，如何限制其有机挥发物(voc)的排放，净化空气环境是业内关注的焦点。
现有技术中的涂料，较为常见的是溶剂型涂料，溶剂型涂料含有大量voc成分，不仅污染环境浪费资源还危害人们的健康。粉末涂料是一种新型的、不含溶剂，100％固体粉末状涂料。具有不用溶剂、无污染、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点，已成为涂料发展的主要方向。voc主要来源于涂料的分散介质和成膜物，水溶性树脂生产技术的发展，使得水溶性粉末涂料逐步代替溶剂型涂料成为可能。水溶性粉末涂料由于具有较优异的粘结性、成膜性、润滑性、成胶性、螯合性、分散性、减磨性及增稠性，已经成为建筑物装饰装潢中的重要材料之一。
中国发明专利cn104559565a公开了一种纳米二氧化硅涂料，包含下列组成部分，水性丙烯酸树脂45份，季戊四醇5份，膨润土4份，乙酸丁酯5份，云母粉2份，三聚磷酸铝1份，纳米二氧化硅3份，磷酸锌4份，石英粉8份，钛白粉1份，有机氟环氧树脂10份，环氧树脂40份，有机硅树脂20份，偏聚二氟树脂4份，二甲苯1份。该发明制备的水性涂料具有较好的装饰效果，但热硬度、强度和其他物理性能相对较差。
因此，有必要寻求更为有效的方法，制备出高强度水溶性粉末涂料。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种高强度水溶性粉末涂料，该水溶性粉末涂料较现有技术中的普通溶剂型涂料相比，不含有机溶剂，安全性更好，更加绿色环保，粘结性、成膜性、润滑性、成胶性、螯合性、分散性、减磨性、强度及增稠性更优异，装饰效果更显著。
为达到以上目的，本发明提供一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
优选地，所述成膜助剂为丙二醇、甲醚、丙二醇丁醚、醇酯十二、二乙二醇丁醚或苯甲醇中的一种或几种；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；所述稀土抛光份为稀土氧化铈粉。
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺溶于有机溶剂中，并向其中加入环氧氯丙烷、碱催化剂，在70-80℃下搅拌反应6-8小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物4-6次，后置于60-80℃的真空干燥箱中烘8-10小时；
2)将经过步骤1)制备得到的产物溶于水中，并向其中加入乙烯基磺酸和无机阻聚剂，在室温下搅拌反应15-18小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；
3)将经过步骤2)制备得到的产物、甲基丙烯酰胺、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯溶于高沸点溶剂中，并向其中加入引发剂，在65-75℃下发生聚合反应2-4小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤4-6次后，置于真空干燥箱中70-90℃下烘8-10小时。
进一步地，步骤1)中所述三乙胺、有机溶剂、环氧氯丙烷、碱催化剂的质量比为1.1：(5-10):1：(0.3-0.5)。
所述有机溶剂选自乙醇、乙腈、异丙醇、二氯甲烷、丙酮中的一种或几种。
所述碱催化剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、叔丁基醇钾中的一种或几种。
步骤2)中所述经过步骤1)制备得到的产物、水、乙烯基磺酸、无机阻聚剂的质量比为1.8：(10-20):1：(0.1-0.3)。
所述无机阻聚剂选自硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵中的一种或几种。
步骤3)中所述经过步骤2)制备得到的产物、甲基丙烯酰胺、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯、高沸点溶剂、引发剂的质量比为1：(2-4):1：(10-15)：(0.01-0.03)。
所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或几种。
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散30-40分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在125-130℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化8-12天即可。
由于上述技术方案的运用，本发明制备的高强度水溶性粉末涂料具有以下有益效果：
(1)本发明公开的高强度水溶性粉末涂料，各成分价格低廉，制备方法简单易行，对设备要求不高，适合大规模生产。
(2)本发明公开的高强度水溶性粉末涂料，较现有技术中的普通溶剂型涂料相比，不含有机溶剂，也不会释放甲醛等有毒有害气体，安全性更好，更加绿色环保，由于其分子链上含有较多如氨基、环氧基等活性基团，与墙体的粘结性能更高，另外，其成膜性、润滑性、成胶性、螯合性、分散性、减磨性、强度及增稠性更优异，装饰效果更显著。
(3)本发明公开的高强度水溶性粉末涂料，添加了环氧季铵磺酸盐成膜聚合物，水溶性、成膜性更好，涂覆干燥后，其上的环氧基会与其自身分子链上的氨基发生作用形成三维网络结构，能够赋予涂料更加优异的耐水性、减摩性和强度。甲基丙烯酰胺、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯协同作用固定甲醛，更加环保。
(4)本发明公开的高强度水溶性粉末涂料，添加了环氧基倍半硅氧烷，其上的环氧基易与成膜聚合物上的氨基发生交联反应，形成交联结构，有利于提高涂料综合性能，且其与成膜聚合物相容性更好、分散性更优异，且其自身笼状结构及化学稳定性能赋予材料更强的防火阻燃性能、保温性能和耐候性能。
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。
本发明下述实施例中所使用的环氧基倍半硅氧烷(合成参见：任亚国，环氧基倍半硅氧烷(poss)的合成，安徽理工大学，2015)为自己合成。
实施例1
一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺11g溶于乙醇50g中，并向其中加入环氧氯丙烷10g、氢氧化钾3g，在70℃下搅拌反应6小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物4次，后置于60℃的真空干燥箱中烘8小时；
2)将经过步骤1)制备得到的产物18g溶于水100g中，并向其中加入乙烯基磺酸10g和硫酸钠1g，在室温下搅拌反应15小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g、甲基丙烯酰胺20g、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯10g溶于二甲亚砜中100g，并向其中加入过氧化苯甲酰0.1g，在65℃下发生聚合反应2小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤4次后，置于真空干燥箱中70℃下烘8小时。
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散30分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在125℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化8天即可。
实施例2
一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺11g溶于乙腈60g中，并向其中加入环氧氯丙烷10g、氢氧化钠3.5g，在73℃下搅拌反应6.5小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物5次，后置于64℃的真空干燥箱中烘8.5小时；
2)将经过步骤1)制备得到的产物18g溶于水130g中，并向其中加入乙烯基磺酸10g和硫化钠1.5g，在室温下搅拌反应16小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g、甲基丙烯酰胺25g、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯10g溶于n,n-二甲基甲酰胺120g中，并向其中加入过氧化环己酮0.15g，在68℃下发生聚合反应2.5小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤5次后，置于真空干燥箱中75℃下烘8.5小时。
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散33分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在127℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化9天即可。
实施例3
一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺11g溶于异丙醇70g中，并向其中加入环氧氯丙烷10g、碳酸钠4g，在76℃下搅拌反应7小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物5次，后置于73℃的真空干燥箱中烘9小时；
2)将经过步骤1)制备得到的产物18g溶于水160g中，并向其中加入乙烯基磺酸10g和硫氰酸铵2.3g，在室温下搅拌反应16.5小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g、甲基丙烯酰胺30g、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯10g溶于n-甲基吡咯烷酮135g中，并向其中加入偶氮二异丁腈0.22g，在70℃下发生聚合反应3小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤5次后，置于真空干燥箱中80℃下烘9小时。
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散34分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在128℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化10天即可。
实施例4
一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺11g溶于二氯甲烷90g中，并向其中加入环氧氯丙烷10g、叔丁基醇钾4.5g，在78℃下搅拌反应7.5小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物6次，后置于75℃的真空干燥箱中烘9.5小时；
2)将经过步骤1)制备得到的产物18g溶于水180g中，并向其中加入乙烯基磺酸10g和硫酸钠2.5g，在室温下搅拌反应17小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g、甲基丙烯酰胺35g、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯10g溶于n-甲基吡咯烷酮140g中，并向其中加入偶氮二异丁酸二甲酯0.25g，在73℃下发生聚合反应3.5小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤6次后，置于真空干燥箱中87℃下烘9.5小时。
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散38分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在129℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化11天即可。
实施例5
一种高强度水溶性粉末涂料，由以下成分构成，各成分的含量用重量份表示：
其中，所述成膜助剂是醇酯十二、二乙二醇丁醚、苯甲醇按质量比1:2:3混配而成；所述分散剂是六偏磷酸钠、聚羧酸钠盐按质量比3:5混配而成；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2:3:7混配而成。
优选地，所述环氧季铵磺酸盐成膜聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)将三乙胺11g溶于丙酮100g中，并向其中加入环氧氯丙烷10g、碱催化剂5g，在80℃下搅拌反应8小时，加水分层，取有机层后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产物6次，后置于80℃的真空干燥箱中烘10小时；所述碱催化剂是氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、叔丁基醇钾按质量比2:3:5:7混配而成。
2)将经过步骤1)制备得到的产物18g溶于水中200g，并向其中加入乙烯基磺酸10g和无机阻聚剂3g，在室温下搅拌反应15-18小时，后旋蒸除去水，在用二氯甲烷溶解产物，过滤取滤液，旋蒸除掉溶剂；所述无机阻聚剂是硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵按质量比2:3:3混配而成；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g、甲基丙烯酰胺40g、(1r,2s)-1-氨基-2-乙烯基环丙烷甲酸甲酯10g溶于二甲亚砜150g中，并向其中加入引发剂0.3g，在75℃下发生聚合反应4小时，后在乙醇中沉出，并用乙酸乙酯洗涤6次后，置于真空干燥箱中90℃下烘10小时；所述引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯按质量比3:8混配而成；
一种所述高强度水溶性粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：先将环氧季铵磺酸盐成膜聚合物、环氧基倍半硅氧烷、膨润土、稀土抛光粉按比例混合碾磨分散40分钟，然后将其与其他成分一起投入高速混料机中搅拌混合均匀，随后将粉料送入双螺杆挤出机中，在130℃条件下挤出，经冷却、粉碎、旋风分离后，熟化12天即可。
对比例1
参照中国发明专利cn107325703a实施例1制备得到的水溶性粉末涂料。
将实施例1-5和对比例所制备得到的水溶性粉末涂料进行性能测试，测试方法和测试结果见表1。
表1实施例和对比例测试性能
从上表可以看出，本发明实施例公开的高强度水溶性粉末涂料，与现有技术中的水溶性粉末涂料相比，具有更加优异的附着力、耐水性、柔韧性、抗冲击强度和硬度。
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。