本发明涉及一种有机-无机水性快干涂料及其制备方法和成膜方法，属于涂料
技术领域：
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背景技术：
：涂料在人们生活中发挥着越来越重要的作用，已经成为现代社会发展不可或缺的一种材料。目前的涂料中很大一部分采用的是有毒有害的有机物作为涂料配置过程中的溶剂和助剂，使用过程中会有大量voc进入空气中，据统计，每年因溶剂涂料排放出的voc有害气体约为400万吨，危害人们身体健康的同时，也对生态环境造成了污染。随着环保政策的出台和人们环境保护意识的加强，有机溶剂型涂料已经被水性涂料所大量取代。烘烤型涂料是涂料的一种，目前被广泛应用于保护性、装饰性要求较高的物面。传统的烘烤型涂料多以溶剂型涂料为主，对环境污染较为严重，因此，水性烘烤型涂料是目前烘烤型涂料行业的研究热点。虽然水性涂料能够避免有机溶剂带来的危害，但是水性涂料以水为溶剂，导致其干燥速度缓慢，通常而言，提高干燥温度可以加快干燥速度，但是对于烘烤型涂料而言，其使用时通常需要在120℃以上进行高温烘烤，如果是以水为溶剂的水性烘烤型涂料，过高的温度难免导致其涂膜表面的形成较多的缺陷，对涂膜的防腐能力和美观性均造成一定的影响，严重影响其使用，这也是目前水性烘烤型涂料无法完全取代溶剂型烘烤型涂料的主要原因。涂料行业有句俗语叫做“三分涂料七分施工”，这句话说明了涂料施工的重要性，涂料只有通过实际应用后才能展示其丰富多彩的装饰性能，以及防腐、防污、防霉等保护性能，通常在涂料的施工过程中，涂料成膜的好坏决定着施工质量的高低。目前的水性涂料，尤其是水性烘烤型涂料，其施工成膜时通常直接采用高温烘烤或干燥以使其尽快成膜，但是如果成膜方法不当，难免导致涂料成膜质量较差，影响涂料的应用。技术实现要素：针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种环境友好、可高温烘烤的有机-无机水性快干涂料及其制备方法和成膜方法。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种有机-无机水性快干涂料，具有如下组成及配比：偶联剂a：16.5～23.5wt％；偶联剂b：16.5～23.5wt％；纳米铝溶胶：15.5～23.5wt％；颜填料：17.5～23.5wt％；防沉剂：0.2～2wt％；润湿分散剂：0.5～2.5wt％；防粘剂：0.5～2wt％；流平剂：0.5～2wt％；去离子水：15～19wt％。作为一种实施方案，所述偶联剂a和偶联剂b均为有机硅烷偶联剂，偶联剂a优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，偶联剂b优选甲基三甲氧基硅烷。作为一种实施方案，所述纳米铝溶胶为ph为4～6、粒径在1～100nm之间的纳米铝溶胶，优选由醇铝法制备的半透明状、ph为4～6、粒径在40～60nm之间的纳米铝溶胶。作为一种实施方案，所述颜填料为金红石型钛白粉。作为一种实施方案，所述防沉剂选自凹凸棒土凝胶粉末(具体的为惰性凹凸棒土凝胶粉末)、有机膨润土或气相二氧化硅中的任意一种。作为一种实施方案，所述润湿分散剂为非离子型润湿分散剂，优选聚氧乙烯醚型润湿分散剂或聚丙二醇，例如：烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚等。作为一种实施方案，所述防粘剂为有机硅防粘剂，优选胺基聚醚有机硅或高分子纳米有机硅蜡和脂肪酸的复合乳液(高分子纳米有机硅蜡：脂肪酸的质量比为8:2～7:3，例如：惠州市圣维科印花材料有限公司的svik-5h光亮型有机硅防粘剂)。作为一种实施方案，所述流平剂为聚硅氧烷流平剂，优选聚二甲基硅氧烷或氟基聚醚改性的聚硅氧烷流平剂。一种制备所述的有机-无机水性快干涂料的方法，包括如下步骤：a)将配比量的偶联剂a和纳米铝溶胶加入偶联剂b中，搅拌混合均匀，得组分a；b)将配比量的润湿分散剂加入去离子水中，搅拌混合均匀；然后加入配比量的颜填料，搅拌混合均匀；接着加入配比量的防沉剂，搅拌混合均匀，得组分b；c)将组分a和组分b搅拌混合均匀；加入配比量的流平剂和防粘剂，搅拌混合均匀，过滤出料，即得有机-无机水性快干涂料。作为优选方案，步骤a)中，搅拌混合温度≤60℃，优选40～60℃。一种有机-无机水性快干涂料的成膜方法，是指将涂料涂覆在基材上后采用在120～140℃下烘烤40～50秒和在90～150w功率下电磁加热7～15秒的混合干燥方式使其干燥成膜。作为优选方法，所述成膜方法包括如下操作：1)使用辊涂的涂覆方式，将制得的涂料涂覆于基材上，湿膜膜厚控制为100±10μm；2)将涂覆有涂料的基材放置于120～140℃的烘箱内烘烤40～50秒，使涂膜达到触干；3)再将基材转移至电磁加热器上，功率调节为90～150w，加热7～15秒，即可使涂料完成成膜。所述的基材优选马口铁片或卷钢板材。与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：本发明以水作为分散介质，以铝溶胶和偶联剂为主要成膜物质，在各组分(包括润湿分散剂、流平剂等助剂)的协同作用下，使得本发明的涂料不仅绿色环保，无溶剂污染，具有较好的光泽和耐擦洗性，且常温下可自然固化成膜，具有优异的快干性，尤其是在120～140℃的烘烤下依旧可以保持较好的外观和防腐能力，可用作烘烤型涂料，应用前景广阔，具有显著性进步和出乎意料的效果；另外，本发明的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的实用价值。具体实施方式下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。实施例1一)所述的有机-无机水性快干涂料的组成及配比如下：偶联剂a：18wt％；偶联剂b：18wt％；纳米铝溶胶：15.5wt％；颜填料：23wt％；防沉剂：2wt％；润湿分散剂：0.5wt％；防粘剂：2wt％；流平剂：2wt％；去离子水：19wt％。二)有机-无机水性快干涂料的制备：a)将本实施例中配比量的偶联剂b和纳米铝溶胶加入偶联剂a中，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌混合温度为40℃，搅拌混合均匀，得组分a；b)将配比量的润湿分散剂加入去离子水中，控制搅拌速度为300转/分钟，搅拌10分钟使之混合均匀；然后加入配比量的颜填料，控制搅拌速度为1000转/分钟，搅拌60分钟使之混合均匀；接着加入配比量的防沉剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌20分钟使之混合均匀，得组分b；c)控制搅拌速度为500转/分钟，将组分a和组分b搅拌混合均匀；加入配比量的流平剂和防粘剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌90分钟使之混合均匀，过滤出料，即得有机-无机水性快干涂料。三)有机-无机水性快干涂料的成膜方法如下：1)使用辊涂的涂覆方式，将制得的涂料涂覆于马口铁片或卷钢板材上，湿膜膜厚控制为100±10μm；2)将板材放置于140℃的烘箱内烘烤40秒后，涂膜基本达到触干；3)再将板材转移至电磁加热器上，功率调节为150w，7秒后取出样板，涂料完成成膜。本实施例中，偶联剂a为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，偶联剂b为甲基三甲氧基硅烷；纳米铝溶胶是由醇铝法制备的半透明状纳米铝溶胶，ph为4～6，粒径为45～55nm；颜填料为金红石型钛白粉；防沉剂为惰性凹凸棒土凝胶粉末；润湿分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚；防粘剂为胺基聚醚有机硅防粘剂；流平剂为聚二甲基硅氧烷。实施例2一)所述的有机-无机水性快干涂料的组成及配比如下：偶联剂a：20wt％；偶联剂b：17.5wt％；纳米铝溶胶：17.5wt％；颜填料：23wt％；防沉剂：1wt％；润湿分散剂：1.5wt％；防粘剂：1.5wt％；流平剂：1wt％；去离子水：17wt％。二)有机-无机水性快干涂料的制备：a)将本实施例中配比量的偶联剂b和纳米铝溶胶加入偶联剂a中，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌混合温度为50℃，搅拌混合均匀，得组分a；b)将配比量的润湿分散剂加入去离子水中，控制搅拌速度为300转/分钟，搅拌20分钟使之混合均匀；然后加入配比量的颜填料，控制搅拌速度为1000转/分钟，搅拌90分钟使之混合均匀；接着加入配比量的防沉剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌40分钟使之混合均匀，得组分b；c)控制搅拌速度为500转/分钟，将组分a和组分b搅拌混合均匀；加入配比量的流平剂和防粘剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌60分钟使之混合均匀，过滤出料，即得有机-无机水性快干涂料。三)有机-无机水性快干涂料的成膜方法如下：1)使用辊涂的涂覆方式，将制得的涂料涂覆于马口铁片或卷钢板材上，湿膜膜厚控制为100±10μm；2)将板材放置于130℃的烘箱内烘烤45秒后，涂膜基本达到触干；3)再将板材转移至电磁加热器上，功率调节为100w，12秒后取出样板，涂料完成成膜。本实施例中，偶联剂a为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，偶联剂b为甲基三甲氧基硅烷；纳米铝溶胶为ph为4～6的醇铝法半透明状纳米铝溶胶，ph为4～6，粒径为50～60nm；颜填料为金红石型钛白粉；防沉剂为有机膨润土粉末；润湿分散剂为月桂醇聚氧乙烯醚；防粘剂为svik-5h光亮型有机硅防粘剂；流平剂为氟基聚醚改性的聚硅氧烷。实施例3一)所述的有机-无机水性快干涂料的组成及配比如下：偶联剂a：19.7wt％；偶联剂b：19.7wt％；纳米铝溶胶：19.7wt％；颜填料：19.7wt％；防沉剂：0.5wt％；润湿分散剂：1wt％；防粘剂：1wt％；流平剂：1wt％；去离子水：17.7wt％。二)有机-无机水性快干涂料的制备：a)将本实施例中配比量的偶联剂a和纳米铝溶胶加入偶联剂b中，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌混合温度为60℃，搅拌混合均匀，得组分a；b)将配比量的润湿分散剂加入去离子水中，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌10分钟使之混合均匀；然后加入配比量的颜填料，控制搅拌速度为1000转/分钟，搅拌80分钟使之混合均匀；接着加入配比量的防沉剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌30分钟使之混合均匀，得组分b；c)控制搅拌速度为500转/分钟，将组分a和组分b搅拌混合均匀；加入配比量的流平剂和防粘剂，控制搅拌速度为500转/分钟，搅拌50分钟使之混合均匀，过滤出料，即得有机-无机水性快干涂料。三)有机-无机水性快干涂料的成膜方法如下：1)使用辊涂的涂覆方式，将制得的涂料涂覆于马口铁片或卷钢板材上，湿膜膜厚控制为100±10μm；2)将板材放置于120℃的烘箱内烘烤50秒后，涂膜基本达到触干；3)再将板材转移至电磁加热器上，功率调节为90w，15秒后取出样板，涂料完成成膜。本实施例中，偶联剂a为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，偶联剂b为甲基三甲氧基硅烷；纳米铝溶胶为ph为4～6的醇铝法半透明状纳米铝溶胶，ph为4～6，粒径为40～50nm；颜填料为金红石型钛白粉；防沉剂为气相二氧化硅；润湿分散剂为聚丙二醇；防粘剂为svik-5h光亮型有机硅防粘剂；流平剂为聚二甲基硅氧烷。对比例1一)所述的有机-无机水性快干涂料的组成及配比如实施例1；二)有机-无机水性快干涂料的制备如实施例1；三)有机-无机水性快干涂料的成膜方法如下：1)使用辊涂的涂覆方式，将制得的涂料涂覆于马口铁片或卷钢板材上，湿膜膜厚控制为100±10μm；2)将板材放置于160℃的烘箱内烘烤5分钟，取出样板，涂料完成成膜。对实施例和对比例1成膜后的涂料进行性能测试，具体测试结果如表1所示。由实施例和对比例可见，本发明所制得的涂料在120～140℃的高温烘烤+90-150w的电磁加热的混合干燥方式下，一分钟左右即可成膜，采用烘箱干燥时，在160℃下也仅需5分钟即可成膜，说明本发明的涂料具备优异的快干性，可用作烘烤型涂料。表1实施例和对比例的有机-无机水性快干涂料的性能测试数据检测项目检测标准和方法实施例1实施例2实施例3对比例1冲击性能gb/t1732合格合格合格合格耐刷洗性gb/t9266-2009大于3000大于3000大于3000大于3000附着力(拉开法)gb/t5210-20062.15mpa1.78mpa1.51mpa1.43mpa涂层硬度gb/t67393h2h2h2h光泽度(60°)gb/t975485.784.382.382.7耐水性gb/t1733-93合格合格合格合格耐丁酮性hg/t3830-2006>50次>50次>50次>50次干燥时间gb/t172865秒115秒135秒240秒由表1可见，本发明提供的有机-无机水性快干涂料，不仅具有优异的快干性，且在120～140℃的高温烘烤下依旧具有优异的冲击性能、耐刷洗性、附着力、涂层硬度、外观(光泽度)和防腐能力(耐水性、耐丁酮性)，各项物理指标均符合国家相关标准，可作为烘烤型涂料使用；尤其是，采用本发明所提供的高温烘烤和电磁加热的干燥成膜方式相较于传统的高温干燥的单一成膜方式而言，涂料成膜后的各项性能更为优异，说明本发明的涂料成膜工艺相较于传统成膜工艺具有显著的进步性。最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。当前第1页12