一种涂料及其制备方法和应用

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.涂料作为目前最常用的材料表面修饰材料，具有保护、装饰等用途；随着人们生活质量的不断提高，涂料的功能也朝着多元化方向在不断发展，传统的工业涂料一般主要应用于储罐、管路、集装箱、户外设备和承重装置等钢结构材质的表面，起到防腐蚀和装饰的作用。但是随着对安全、节能与品质理念的追求，开发集隔热保温、防腐、自清洁、耐紫外线等多功能于一体的工业涂料将具有很高的经济价值。
3.由于涂料在存放和使用过程中长期暴露在太阳下，高温很容易导致涂料的变质，影响其使用效果；溶剂型的光反射复合涂装体系成为铝粉漆的替代品，该产品具有降温效果好，耐候性好等优点，但是其价格较为昂贵，且施工较为复杂，需要共涂装六层材料，施工工期较长，且施工安全性较差。随着我国对于涂层材料环保要求的提高和我国工业涂料水性化的大趋势，溶剂型产品在未来的市场将逐渐被淘汰，乳液型涂料逐渐成为研究和使用的重点。
4.cn103849293a公开了一种储罐用防腐保温热反射涂料及其制备方法，所述涂料由底漆和面漆组成，所述底漆，由甲、乙组两组分组成；甲乙组分重量配比为(2～8):1；其中，甲组分环氧基与乙组分活泼氢摩尔比对应的比值为1:1，甲乙组分混合后使用；所述面漆由a组分和b组分组成，a与b组分的重量配比为：a组分羟基含量与b组分nco含量摩尔比为1:1，a与b组分混合后使用。制备得到的涂料具有优异的防腐性能，对钢铁表面有良好的防腐效果，同时具有较好的耐化学品性能。cn104058764a公开了一种红外节能涂料的制备方法，属无机非金属涂料制造工艺技术领域。其主要包括氧化铝微粉30～50％，锰铁尖晶石粉10～30％，稀土氧化钇改性镁铁铝预合成尖晶石粉10～20％，铁铬尖晶石粉20～40％，五氧化二钒粉5～15％；将此配合料放于球磨机内混合，研磨后，送入烧结炉中1300℃下烧结，再经球磨，制得基体粉料；在上述基体粉料中加入事先配制好的涂料粘接剂，粘接剂是氧化铝溶胶和氧化镁溶胶复合而成；基体粉料与粘接剂的重量比为4:6，经搅拌均匀后，最终制得具有高红外辐射率节能涂料其室温全波长积分发射率为0.95，各个波长范围法向比辐射率大于等于0.93。cn106752526a公开了一种工业涂料，一种具有光反射隔热和防腐蚀效果的水性工业保温涂料及其制备方法，涂料按重量百分比计，25～50％高分子乳液、5～30％光反射填料、1～5％纳米填料、5～10％隔热填料、5～10％防腐填料、5～8％普通填料、0～10％固化剂、1～5％分散剂、0.1～4％成膜助剂、0.1～2％增稠剂、0～1％消泡剂、0.01～0.5％ph调节剂、0.1～2％润湿剂、0.5～1％防冻剂，余量为去离子水。本发明涂料同时具有太阳光反射、热阻隔及防腐蚀的效果，可用于储罐、管路、户外设备、集装箱等领域，具有安全无毒、环保、无污染的特点，此外该涂层具有良好的耐候性、耐沾污性、耐盐雾性、耐洗刷性。但是现有技术中制备的涂料在耐老化、耐热等性能上仍不能满足我们在使用过程中的要求，在使用过程中，常常会出现开裂的现象。
5.因此，制备一种耐老化、耐候性以及防水性能优异的涂料，是我们目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种涂料及其制备方法和应用，所述涂料包括聚丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液和改性高岭土的组合，所述煅烧改性高岭土的片径为50～450nm；；所述煅烧改性高岭土的加入，有利于提高所述涂料对紫外线的折射率，使得所述涂料不仅隔热效果好，而且具有优异的耐老化和耐候性能，适合在各种光照下应用。
7.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种涂料，所述涂料包括聚丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液和煅烧改性高岭土的组合；
9.所述煅烧改性高岭土的片径为50～450nm，例如60nm、100nm、130nm、160nm、190nm、220nm、250nm、280nm、310nm、340nm、370nm、400nm或430nm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
10.本发明提供的涂料包括丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液和煅烧改性高岭土的组合；所述煅烧改性高岭土的片径为50～450nm，大小均匀，具有六边形结构，此时的煅烧改性高岭土经过特殊改性制备得到，其晶体光轴角小，排列有序度高，表面光滑，可以形成镜面效应，对紫外线折射率达98％以上，具有隔热效果好，能够反射大部分光线的优点；且耐老化和耐候性好。所以本发明通过添加所述煅烧改性高岭土，使得得到的涂料耐老化，耐候性优异，在强阳光下寿命达到25年左右，不开裂变形；且防水性能好，无刺激性气味。
11.优选地，所述煅烧改性高岭土通过如下方法制备，所述方法包括如下步骤：
12.(1)煅烧高岭土，得到煅烧高岭土；
13.(2)对步骤(1)得到的煅烧高岭土破碎处理，得到所述煅烧改性高岭土。
14.本发明提供的煅烧改性高岭土是经过煅烧和破碎一系列步骤制备得到的：在煅烧步骤，使得高岭土脱水并且发生脱羟基反应，由晶态高岭土向非晶态的偏高岭土转化；再升温使得高岭土由非晶态向γ
‑
氧化铝和莫来石转变；最终对高温煅烧后的高岭土进行破碎处理，得到片径为50～450nm的煅烧改性高岭土；煅烧改性高岭土相较于未改性和煅烧的高岭土，片径更小且排列更加整齐、均一，提高了对紫外线的折射率。
15.优选地，步骤(1)所述高岭土为经过干燥的高岭。
16.优选地，步骤(1)所述干燥的温度为100～120℃，例如102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃或118℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
17.优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为1000～1300℃，例如1030℃、1060℃、1090℃、1120℃、1150℃、1180℃、1210℃、1240℃或1270℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
18.优选地，所述煅烧的时间为5～10h，例如5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h或9.5h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
19.优选地，步骤(3)所述破碎的方式为超声波破碎。
20.优选地，所述破碎的时间为1～3h，例如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h或2.8h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
21.优选地，所述煅烧改性高岭土中石英砂质的质量百分含量不小于55％，例如56％、57％、58％、59％、60％、62％、64％、68％、71％、75％、79％、85％、89％或95％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
22.作为优选技术方案，所述改性高岭土的制备方法包括如下步骤：
23.(1)将高岭土在100～120℃条件下干燥至恒重，在1000～1300℃条件煅烧5～10h，得到煅烧高岭土；
24.(2)对步骤(1)得到的煅烧高岭土进行超声波破碎处理1～3h，得到所述煅烧改性高岭土。
25.优选地，所述涂料按照重量份包括如下组分：聚丙烯酸酯乳液20～40份、聚氨酯乳液5～10份和煅烧改性高岭土10～20份。
26.所述聚丙烯酸酯乳液可以为22重量份、24重量份、26重量份、28重量份、30重量份、32重量份、34重量份、36重量份或38重量份等。
27.所述聚氨酯乳液可以为5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份或9.5重量份等。
28.所述煅烧改性高岭土可以为11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份等。
29.优选地，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为50～70％，例如52％、54％、56％、58％、60％、62％、64％、66％或68％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
30.优选地，所述聚氨酯乳液的固含量为30～50％，例如32％、34％、36％、38％、40％、42％、44％、46％或48％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
31.优选地，所述涂料还包括水、分散剂、消泡剂、增稠剂、双飞粉或抗氧剂中的任意一种或至少两种的组合。
32.优选地，所述涂料中水的含量为10～30重量份，例如11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、22重量份、24重量份、26重量份或28重量份等。
33.优选地，所述涂料中分散剂的含量为0.3～0.5重量份，例如0.32重量份、0.34重量份、0.36重量份、0.38重量份、0.4重量份、0.42重量份、0.44重量份、0.46重量份或0.48重量份等。
34.优选地，所述分散剂包括钠盐型分散剂，钠盐型分散剂是一种阴离子表面活性剂，具有润湿分散作用，能够改善涂料的流动性，稳定浆料粘度。
35.具体的，所述钠盐型分散剂例如可以是诺普科sn
‑
5040分散剂。
36.优选地，所述涂料中消泡剂的含量为0.1～0.5重量份，例如0.12重量份、0.14重量份、0.16重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.34重量份、0.38重量份、0.42重量份
或0.46重量份等。
37.优选地，所述消泡剂包括液态金属系消泡剂，用于改善涂料的流动性改善抗飞践性，同时减少使用时产生的气泡影响防水效果。
38.具体的，所述液态金属系消泡剂例如可以是诺普科消泡剂nxz。
39.优选地，所述涂料中增稠剂的含量为0.2～0.4重量份，例如0.22重量份、0.24重量份、0.26重量份、0.28重量份、0.3重量份、0.32重量份、0.34重量份、0.36重量份或0.38重量份等。
40.优选地，所述增稠剂包括乳液型增稠剂，用于改善涂料的剪切粘度。
41.具体的，所述乳液型增稠剂例如可以是罗门哈斯增稠剂tt935。
42.优选地，所述涂料中双飞粉的含量为10～20重量份，例如12重量份、14重量份、16重量份、18重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份或28重量份等。
43.优选地，，所述双飞粉为500目，成分是钙与镁的碳酸盐，用于反射太阳光，降低成本。
44.优选地，所述涂料中抗氧剂的含量为0.2～0.28重量份，例如0.21重量份、0.22重量份、0.23重量份、0.24重量份、0.25重量份、0.26重量份或0.27重量份等。
45.优选地，所述抗氧剂包括对甲酚与双环戊二烯的丁基化产物，用于减少高分子材料老化。
46.第二方面，本发明提供一种如第一方面所述涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
47.(a)将聚丙烯酸酯乳液和聚氨酯乳液混合，得到混合乳液；
48.(b)将步骤(a)得到的混合乳液和煅烧改性高岭土混合，得到所述涂料。
49.优选地，所述步骤(a)中还加入消泡剂和/或水。
50.优选地，所述步骤(b)中还加入分散剂、双飞粉或抗氧剂中任意一种或至少两种的组合。
51.优选地，步骤(b)所述混合后，还包括添加增稠剂、搅拌的步骤。
52.优选地，步骤(a)和步骤(b)步骤所述混合在搅拌的条件下进行。
53.优选地，所述搅拌的转速各自独立地为500～1500r/min，例如600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min或1400r/min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
54.优选地，步骤(a)所述混合的时间各自独立地为20～40min，例如22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min或38min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
55.优选地，步骤(a)所述混合后还包括静置的步骤。
56.优选地，所述静置的时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h或1.4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
57.优选地，步骤(b)所述混合的时间为10～20min，例如11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min或19min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明
的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
58.优选地，所述添加增稠剂、搅拌的步骤中搅拌的时间为20～40min，例如22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min或38min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
59.作为优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
60.(a)将水、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液和消泡剂在转速为500～1500r/min的搅拌条件下混合20～40min，静置0.5～1.5h，得到混合乳液；
61.(b)将步骤(a)得到的混合乳液、分散剂、双飞粉、煅烧改性高岭土和抗氧剂在转速为500～1500r/min的搅拌条件下混合10～20min，再加入增稠剂，在转速为500～1500r/min的搅拌条件下，搅拌20～40min，得到所述涂料。
62.第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的涂料在交通工具、储罐、管路、集装箱、户外设备或承重装置中的应用。
63.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
64.本发明提供的涂料包括聚丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液和煅烧改性高岭土的组合；通过控制所述煅烧改性高岭土的片径为50～450nm，使得所述涂料的隔热效果好，能够反射大部分光线；防水性能和耐候性优异，无刺激性气味，能在强阳光下寿命达到25年，不开裂变形；并且柔韧性好，耐老化；经测试本发明提供的涂料在人工气候老化后的拉伸强度为2.77～3.43mpa，断裂伸长率为451～598％；酸处理后的拉伸强度为2.27～3.32mpa，断裂伸长率为460～623％；热处理后的拉伸强度为2.09～3.41mpa，断裂伸长率为424～529％；相较于现有技术提供的涂料人工气候老化后的拉伸强度提高了42～880％、断裂伸长率提高了96～382％；酸处理后的拉伸强度提高了47～690％，断裂伸长率提高了16～111％；热处理后的拉伸强度提高了11～1320％，断裂伸长率提高了11～120％，具有很好的应用前景。
附图说明
65.图1为制备例1得到的煅烧改性高岭土的扫描电镜图；
66.图2为茂名高岭科技有限公司的m04油漆涂料高岭土的扫描电镜图。
具体实施方式
67.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
68.制备例1
69.一种煅烧改性高岭土，通过扫描电子显微镜对其结构进行观察，扫描电镜图如图1所示，可以看出其平均片径为250nm，石英砂质含量为56％，制备方法如下：
70.(1)将高岭土(茂名高岭科技有限公司，m04油漆涂料高岭土)在110℃条件下，干燥至恒重，在1200℃条件下，煅烧5h，得到煅烧高岭土；
71.(2)对步骤(1)得到的煅烧高岭土超声波破碎处理2h，得到所述煅烧改性高岭土。
72.制备例2
73.一种煅烧改性高岭土，平均片径为150nm，石英砂质含量为58％，制备方法如下：
74.(1)将高岭土(茂名高岭科技有限公司，m04油漆涂料高岭)在120℃条件下，干燥至
恒重，在1300℃条件下，煅烧7h，得到煅烧高岭土；
75.(2)对步骤(1)得到的煅烧高岭土超声波破碎处理3h，得到所述煅烧改性高岭土。
76.制备例3
77.一种煅烧改性高岭土，平均片径为450nm，石英砂质含量为56％，制备方法如下：
78.(1)将高岭土(茂名高岭科技有限公司，m04油漆涂料高岭土)在100℃条件下，干燥至恒重，在1100℃条件下，煅烧5h，得到煅烧改性高岭土；
79.(2)对步骤(1)得到的煅烧高岭土超声波破碎处理1h，得到所述煅烧改性高岭土。
80.实施例1～3
81.一种涂料，具体组分如表1所示，实施例1～3中的改性高岭土分别为制备例1～3中得到的改性高岭土，各组分的用量单位为“重量份”；
82.表1
[0083][0084][0085]
制备方法如下：
[0086]
(1)将水、聚丙烯酸乳液、聚氨酯乳液和消泡剂在转速为1000r/min的搅拌条件下混合30min，静置1h，得到混合乳液；
[0087]
(2)将步骤(1)得到的混合乳液、分散剂、填料、煅烧改性高岭土和抗氧剂在转速为1000r/min的搅拌条件下混合15min，再加入增稠剂，在转速为1000r/min的搅拌条件下，搅拌30min，得到所述涂料。
[0088]
对比例1
[0089]
一种涂料，与实施例1的区别仅在于，使用高岭土(茂名高岭科技有限公司，m04油漆涂料高岭土)替换制备例1得到的煅烧改性高岭土，m04油漆涂料高岭土的扫描电镜图如图2所示，可以看出高岭土的片径不均匀；其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同，得到所述涂料。
[0090]
对比例2
[0091]
一种涂料，与实施例1的区别仅在于，未加入煅烧改性高岭土，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同，得到所述涂料。
[0092]
对比例3
[0093]
一种涂料，与实施例1的区别仅在于，使用高岭土(茂名银华高岭土实业有限公司，yh02高岭土)替换制备例1得到的煅烧改性高岭土，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
[0094]
性能测试：
[0095]
(1)人工气候老化后的拉伸强度和断裂伸长率、酸处理后的拉伸强度和断裂伸长率、热处理后的拉伸强度和断裂伸长率不透水性(0.3mpa、30min)：按照国标gb/t 19250
‑
2003《聚氨酯防水涂料》中记载的方法对实施例1～3、对比例1～3提供的涂料进行测试。
[0096]
利用上述测试方法，对实施例1～3和对比例1～3得到的涂料进行性能测试，测试结果如表2所示：
[0097]
表2
[0098][0099]
根据表2数据可以看出：
[0100]
本发明提供的涂料具有更高的拉伸强度和断裂伸长率，具体而言，实施例1～3提供的涂料在人工气候老化后的拉伸强度为2.77～3.43mpa，断裂伸长率为451～598％；酸处理后的拉伸强度为2.27～3.32mpa，断裂伸长率为460～623％；热处理后的拉伸强度为2.09
～3.41mpa，断裂伸长率为424～529％；相较于现有技术(对比例1～3)提供的涂料人工气候老化后的拉伸强度提高了42～880％、断裂伸长率提高了96～382％；酸处理后的拉伸强度提高了47～690％，断裂伸长率提高了16～111％；热处理后的拉伸强度提高了11～1320％，断裂伸长率提高了11～120％，且本发明提供的涂料也具有良好的不透水性，说明煅烧改性高岭土的加入在保证涂料不透水性的条件下，提高了耐老化、耐酸和耐热性。
[0101]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种涂料及其制备方法和应用的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。