本发明涉及涂料领域，特别涉及一种多功能水性涂料及其制备方法。
背景技术：
随着科技技术的发展，人们渴望电视屏幕的轻薄化和巨型化，但是鉴于目前电视屏幕存在技术壁垒，低成本、轻薄、高清巨型电视屏幕仍然无法量产进而走进千家万户。为了满足消费者对巨型屏幕的需求，目前市场上出现了巨型投影幕布、高清投影幕墙涂料，但是对于巨型投影幕布，消费者需要使用钉子将其直接固定在墙上，这破坏了墙体结构，且影响墙体的美观。虽然高清投影幕墙涂料克服了破坏墙体结构的缺点，但是目前市场上投影幕墙涂料施工后普遍存在反光伤眼、增益低、清晰度低等问题，再加上市场上普通投影幕墙功能单一，一方面存在书写或绘画后不易擦除的缺点；另一方面在普通投影幕墙不投影的时候，会造成较大的空间浪费，若使用胶带或者钉子将普通投影幕墙固定在墙面上，容易破坏墙体表面结构，降低投影功能且影响墙体美观。
为了满足消费者对书写或绘画后易擦除的需要，白板应运而生，但是白板具有不易固定，占空间等缺点，虽然目前市场上有些商家通过一定手段，使得墙面本身具有白板功能，但都是光泽很高、极易反光、功能单一，无法解决消费者投影和固定文件的需要。
为了满足消费者投影和固定文件的需要，市场上通过在涂料中加入铁粉、不锈钢粉的磁性漆，或者通过预埋铁板及不锈钢板等复杂工艺方案施工在墙，但上述方式都存在墙体使用一段时间后，便会出现锈迹斑斑或接缝处出现结构性无法修补的开裂等严重问题，再加上墙体功能单一，不具备书写、易擦除等功能。虽然市场上出现的可黏贴磁性白板具有磁性固定文件的功能，但是黏性胶水中会释放对人体有害物质，且容易出现墙面咬底、破坏墙体美观等问题。
技术实现要素：
本发明实施方式的目的在于提供一种多功能水性涂料及其制备方法，增强了多功能水性涂料的磁性，同时还使得多功能水性涂料具有防锈的功能。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多功能水性涂料，该涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为2～7：1。其中，A组分以质量百分含量计包含：磁性因子15％～55％、投影增益因子4％～10％、防冻剂0.5％～2％、乳液35％～65％、润湿分散剂0.3％～1.5％、消泡剂0.5％～2％、增稠剂0.2％～1％、中和剂0.5％～2％、成膜助剂0.5％～1.5％、余量为水；B组分为脂肪族异氰酸酯。在A组分中，磁性因子包含纳米粉体与金红石型钛白粉，纳米粉体与金红石型钛白粉的重量比1：1～3；且纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2～4。
本发明的实施方式还提供了一种多功能水性的制备方法，该方法包含下述步骤：(1)制备A组分：按下述质量百分含量计称取：磁性因子15％～55％；投影增益因子4％～10％；防冻剂0.5％～2％；乳液35％～65％；润湿分散剂0.3％～1.5％；消泡剂0.5％～2％；增稠剂0.2％～1％；中和剂0.5％～2％；成膜助剂0.5％～1.5％；余量为水；其中，磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1：1～3混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、或镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体。将纤维素类增稠剂、中和剂加水混合、分散搅拌后得到第一浆料；将润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、磁性因子、投影增益因子和成膜助剂依次加入第一浆料中，搅拌均匀得到第二浆料；将乳液、非离子缔合型增稠剂加入第二浆料中，搅拌、过滤后即得A组分；(2)制备多功能水性涂料：按A组分、B组分重量比为2～7：1计称取B组分，其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；将A组分与B组分混合后即得多功能水性涂料。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过在多功能水性涂料中添加具有特殊结构的纳米粉体，增强了该多功能水性涂料的磁性，同时还使得该多功能水性涂料具有防锈的功能。
在本发明的具体实施方式所提供的多功能水性涂料中，投影增益因子包含氟化钙、锌微粉、片状玻璃微粉和铝粉中的一种或几种，投影增益因子的粒径范为5～15微米。乳液为通过三元共聚改性合成的含羟基的氟硅丙烯酸乳液。
优选地，在本发明的具体实施方式所提供的多功能水性涂料中，A组分还可进一步包含质量百分含量为0～2％的颜填料。
对于本发明的实施方式所提供的多功能水性涂料的制备方法，其中的分散搅拌过程在分散机中进行，温度为10～50℃；分散搅拌中搅拌转速为1000～3000rpm/min，在搅拌的过程中缓慢加入纤维素类增稠剂，搅拌5～15分钟后，加入中和剂，搅拌15～45分钟后，得到粒径为40微米以下的第一浆料。具体来说，润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、磁性因子、投影增益因子和成膜助剂依次加入第一浆料后搅拌的转速为1200～3000rpm/min，搅拌60～90分钟后，得到粒径为40微米以下的第二浆料。另外，乳液、非离子缔合型增稠剂加入第二浆料中搅拌的温度为15～50℃，搅拌转速为300～700rpm/min，搅拌10～20分钟，调整pH值至9.5～10.5后，过50～100目的滤布，即得粘度在105～125ku的A组分。
本发明的实施方式所提供的多功能水性涂料通过其所含组分及组分间相互作用关系实现功能，具体来说：首先，B组分通过其NCO活性基团与A组分的羟基交联反应，从而形成致密的高分子膜。其次，在A组分中，防冻剂可以避免多功能涂料在低温环境导致变质的问题；乳液的作用是与B组分混合后，发生交联反应，随着溶剂的挥发，使得涂料配方中的各组分粘结在一起，以形成连续平整的功能性涂层；润湿分散剂通过降低多功能涂料表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上或透入其表面，而把固体物料润湿；消泡剂对生产过程中的泡沫进行消除，可以是非硅酮胺类烷烃化合物、有机硅类或矿物油基消泡剂；增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使水性涂料涂料增稠，防止使用中出现流挂现象，而且能赋予水性涂料涂料优异的机械性能和贮存稳定性，可以是疏水羟乙基纤维素、聚氨酯类等；中和剂通过酸碱中和反应来调节体系pH值；成膜助剂具有能促进高分子化合物塑性流动、弹性变形、改善成膜机理，进而帮助成膜的作用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
实施例1
本实施例涉及一种多功能水性涂料，该多功能水性涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为2：1，其中，A组分以质量百分含量计包含下述质量百分含量的组分：磁性因子41％，投影增益因子4％，防冻剂1％，乳液40％，润湿分散剂1％，消泡剂0.5％，增稠剂0.3％，中和剂0.6％，成膜助剂1％，余量为10.6％的水；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1：3混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2。本实施例中的B组分通过其NCO活性基团与A组分的羟基交联反应，从而形成致密的高分子膜。
本实施例(以及下述各实施例)中的纳米粉体的制备方法如下：
(1)将氯化钴、氯化镍中的一种或两种和柠檬酸钠一起加入水中配制成混合溶液，用新配置的硼氢化钠水溶液(0.0024g/ml)还原制备纳米核；具体地，氯化钴、氯化镍过渡金属离子总数与柠檬酸钠的物质的量比为4：5，浓度分别是0.4M、0.4M、0.1M；
具体来说，还原步骤是将0.05L氯化钴溶液、0.05L氯化镍溶液和0.5L柠檬酸钠溶液用10L超纯水稀释后超声振荡混合10min，迅速倒入超声振荡中的硼氢化钠水溶液(10L)中，超声振荡反应10～20min。
(2)将(1)制得的纳米核，加入氯化铁水溶液(40L，0.01M)超声振荡反应30～60min制备纳米壳。
(3)洗涤、干燥即制得以铁为核、以钴、或镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体纳米粉体；具体地，该洗涤步骤为超纯水离心洗涤3～5次，乙醇离心洗涤3～5次，用硝酸银溶液检验至无氯离子。该干燥步骤为真空干燥箱中40～50℃，干燥6～10h。
此外，投影增益因子为氟化钙与铝粉以1:1混合的5～15微米的粉体，乳液为通过三元共聚改性合成的含羟基的氟硅丙烯酸乳液。更进一步地，A组分还包含质量百分含量为1％的颜填料，颜填料可以调整多功能水性涂料的颜色。
本实施例(以及下述各实施例)中涉及的各个组分均可以通过市场购买获得，其中，各个组分的型号和生产厂家如下：防冻剂为阿克苏诺贝尔BCD-42A，乳液为德赋乐公司的A 2241W，润湿分散剂为非离子润湿分散剂陶氏CF-10，消泡剂为ASHLAND公司的TS4481与BASF公司的FOAMASTER WBA(1/4)，增稠剂为信越HS30000纤维素和ASLAND公司的NHS-300，中和剂为瓦克的BS 198，成膜助剂为柏斯托公司的NX795。
本实施例中多功能水性涂料的制备方法包含下述步骤：
(1)制备A组分：按下述质量百分含量计称取：磁性因子41％，投影增益因子4％，防冻剂1％，乳液40％，润湿分散剂1％，消泡剂0.5％，增稠剂0.3％，中和剂0.6％，成膜助剂1％，余量为10.6％的水；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1：3混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2。
首先，将纤维素类增稠剂、中和剂加水混合、分散搅拌后得到第一浆料。具体地，缓慢加入纤维素类增稠剂，分散搅拌在分散机中进行，分散缸内温度范围控制在10℃，搅拌转速为1000rpm/min，加入中和剂，搅拌时间为15分钟后，细度板测试，得到粒径大小在40微米以下的第一浆料。
然后，将润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、磁性因子、投影增益因子和成膜助剂依次加入第一浆料中，搅拌均匀得到第二浆料。具体地，搅拌转速为1200rpm/min，搅拌时间为60分钟后，细度板测试，得到粒径大小在40微米以下的第二浆料。
进一步地，将乳液、非离子缔合型增稠剂加入第二浆料中，搅拌、过滤后即得A组分。具体地，搅拌5分钟后，再加入中和剂并搅拌，温度为15℃，搅拌转速为300rpm/min，搅拌时间为10分钟，调节pH值为9.5，利用斯托默粘度计，控制粘度在105ku范围内，然后200目滤布过滤，即制得水性涂料A组分。
(2)制备多功能水性涂料：按A组分、B组分重量比为2：1计称取B组分，其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；将A组分与B组分混合后即得多功能水性涂料。
本实施例中的各个组分在多功能涂料中的作用如下：防冻剂可以避免多功能涂料在低温环境导致变质的问题；乳液的作用是与B组分混合后，发生交联反应，随着溶剂的挥发，使得涂料配方中的各组分粘结在一起，以形成连续平整的功能性涂层；润湿分散剂通过降低多功能涂料表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上或透入其表面，而把固体物料润湿；消泡剂对生产过程中的泡沫进行消除，可以是非硅酮胺类烷烃化合物、有机硅类或矿物油基消泡剂；增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使水性涂料涂料增稠，防止使用中出现流挂现象，而且能赋予水性涂料涂料优异的机械性能和贮存稳定性，可以是疏水羟乙基纤维素、聚氨酯类等；中和剂通过酸碱中和反应来调节体系pH值；成膜助剂具有能促进高分子化合物塑性流动、弹性变形、改善成膜机理，进而帮助成膜的作用。
实施例2
本实施例涉及一种多功能水性涂料，该多功能水性涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为3：1，其中，A组分以质量百分含量计包含下述质量百分含量的组分：磁性因子34％，投影增益因子3％，防冻剂1.1％，乳液50％，润湿分散剂0.8％，消泡剂0.5％，防锈蚀剂0.4％，增稠剂0.3％，中和剂0.8％，成膜助剂1.1％，水为8％；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1:2混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2.5。
进一步地，投影增益因子为氟化钙与锌微粉以1:1混合的5～15微米的粉体。此外，本实施例中涉及的各个组分均可以通过市场购买获得，且组分的型号和生产厂家同实施例1。
本实施例中多功能水性涂料的制备方法包含下述步骤：
(1)制备A组分：按下述质量百分含量计称取：磁性因子34％，投影增益因子3％，防冻剂1.1％，乳液50％，润湿分散剂0.8％，消泡剂0.5％，增稠剂0.3％，中和剂0.8％，成膜助剂1.1％，水为8.4％；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1:2混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2.5。
首先，将纤维素类增稠剂、中和剂加水混合、分散搅拌后得到第一浆料。具体地，缓慢加入纤维素类增稠剂，分散搅拌在分散机中进行，分散缸内温度范围控制在50，搅拌转速为3000rpm/min，搅拌15分钟后，加入中和剂，搅拌时间为15分钟后，细度板测试，得到粒径大小在40微米以下的第一浆料。
然后，将润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、磁性因子、投影增益因子和成膜助剂依次加入第一浆料中，搅拌均匀得到第二浆料。具体地，搅拌转速为3000rpm/min，搅拌时间为90分钟后，细度板测试，得到粒径大小在40微米以下的第二浆料。
进一步地，将乳液、非离子缔合型增稠剂加入第二浆料中，搅拌、过滤后即得A组分。具体地，搅拌5分钟后，再加入中和剂并搅拌，温度为15℃，搅拌转速为700rpm/min，搅拌时间为20分钟，调节pH值为10，利用斯托默粘度计，控制粘度在100ku范围内，然后200目滤布过滤，即制得水性涂料A组分。
(2)制备多功能水性涂料：按A组分、B组分重量比为3：1计称取B组分，其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；将A组分与B组分混合后即得多功能水性涂料。
实施例3
本实施例涉及一种多功能水性涂料，该多功能水性涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为3：1，其中，A组分以质量百分含量计包含下述质量百分含量的组分：磁性因子26.5％，颜填料0.5％，投影增益因子4％，防冻剂1.2％，乳液55％，润湿分散剂0.9％，消泡剂0.7％，防锈蚀剂0.8％，增稠剂0.6％，中和剂0.6％，成膜助剂1.2％，水为8％；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1:1混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：2.5。
进一步地，投影增益因子为氟化钙与片状玻璃微粉以1:1混合的5～15微米的粉体。此外，本实施例中涉及的各个组分均可以通过市场购买获得，其中，颜填料为富林特化学的15DT7080酞青蓝。其他组分的型号和生产厂家同实施例1。
本实施例中多功能水性涂料的制备方法同实施例1，其中值得注意的是，颜填料与防锈蚀剂在加入成膜助剂后加入第一浆料，其他步骤与同实施例1，本实施例在此不一一赘述。
实施例4
本实施例涉及一种多功能水性涂料，该多功能水性涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为7：1，其中，A组分以质量百分含量计包含下述质量百分含量的组分：磁性因子44％，颜填料1％，投影增益因子5％，防冻剂0.7％，乳液35％，润湿分散剂1.5％，消泡剂0.6％，增稠剂1％，中和剂0.5％，成膜助剂0.5％，水为10.2％；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1:3混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：4。
进一步地，投影增益因子为氟化钙与片状玻璃微粉以1:2混合的5～15微米的粉体。此外，本实施例中涉及的各个组分均可以通过市场购买获得，其中，颜填料为汽巴3RS红112#，其他组分的型号和生产厂家同实施例1。
本实施例中多功能水性涂料的制备方法同实施例1，其中值得注意的是，颜填料在加入成膜助剂后加入第一浆料，其他步骤与同实施例1，本实施例在此不一一赘述。
实施例5
本实施例涉及一种多功能水性涂料，该多功能水性涂料包含A、B两个组分，A组分和B组分的重量比为6：1，其中，A组分以质量百分含量计包含下述质量百分含量的组分：磁性因子19.6％，颜填料0.4％，投影增益因子2％，防冻剂2％，乳液60％，润湿分散剂0.3％，消泡剂1.5％，防锈蚀剂1％，增稠剂0.5％，中和剂1.2％，成膜助剂1.5％，水为10％；其中，B组分为脂肪族异氰酸酯；磁性因子由纳米粉体与金红石型钛白粉按照重量比1:1混合而成；纳米粉体为以铁为核、以钴、镍或钴镍合金为壳的具有核壳结构的粉体；增稠剂包含纤维素增稠剂和非离子缔合型增稠剂，纤维素增稠剂与非离子缔合型增稠剂的重量比为1：3。
进一步地，投影增益因子为氟化钙与片状玻璃微粉以1:3混合的5～15微米的粉体。此外，本实施例中涉及的各个组分均可以通过市场购买获得，其中，颜填料为科莱恩GNX绿，其他组分的型号和生产厂家同实施例1。
本实施例中多功能水性涂料的制备方法同实施例1，其中值得注意的是，颜填料与防锈蚀剂在加入成膜助剂后加入第一浆料，其他步骤与同实施例1，本实施例在此不一一赘述。
具体地，实施例1～5中的多功能水性涂料涂覆内墙的方法如下：A、B混合后加适量水，调整到施工粘度，适用于对水泥基墙面、硅酸钙板墙面、石膏板墙面、腻子墙面等多种材质表面以对应的施工工艺进行施工，磁力的大小和施工遍数和厚度成正比。施工完成后，5℃以上干燥，干燥7～15d后即可使用。
实施例6
下面对实施例1～5中制备的多功能水性涂料的各项性能分别进行实验，实验数据见表1：
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。