本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
当前桥梁、混凝土工程、储罐、钢结构等防护面漆多采用双组分聚氨酯和feve等涂料，双组分聚氨酯涂料具有附着力强、电绝缘性好等优点，但同时双组份聚氨酯涂料也有些缺点，如：1.由于异氰酸酯的化学性质比较活泼，所以无论在储存还是施工过程中，异氰酸酯组分不能长时间与水、碱和酸接触，否则会发生化学反应，从而造成涂料失效。2.由于异氰酸酯组份中含有未反应的hdi单体，这就使得hdi的含量较高，这些游离的单体不但对人体有很大的危害，而且还会污染环境。3.双组份聚氨酯涂料在配制的时候，各组份配比和溶剂等需要被严格控制，否则容易出现各种病态的涂膜。4.双组份聚氨酯涂料在施工的时候比较麻烦，需要在施工现场对两个组份进行配制，由于把双组份混合后，在较短时间既可以达到固化，因此若用不完将不能再继续使用。5.大多数溶剂型的聚氨酯涂料在施工时需要加入有机溶剂，而正是这些有机溶剂的加入增加了发生火灾的机会，而且大部分有机溶剂并对人类和环境都有伤害。此外，建筑外墙普遍采用乳胶漆，但乳胶漆耐候性能一般，特别是外墙轻微开裂就容易造成渗水等情况，不能满足高档性能的要求。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法和应用，本发明所采用的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种水性常温自干型pvdf氟涂料，按照重量份包括：成膜物质30-60份、颜填料15-40份、功能助剂1-5份和成膜助剂1-5份，所述成膜物质包括固含量为60％以上的聚偏氟乙烯(pvdf)乳液和固含量为40％～50％的丙烯酸乳液。
可选地，所述颜填料选自金红石型钛白粉、沉淀硫酸钡、云母粉、高岭土、滑石粉、碳酸钙、玻璃微珠中的至少一种。
进一步地，所述功能助剂为防沉流变剂、溶剂、消泡剂、润湿剂、杀菌剂、防霉剂、增稠流变剂、ph调节剂、防冻剂中的至少一种。
优选地，所述成膜助剂为丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、醇酯-12中的至少一种。
进一步地，所述水性常温自干型pvdf氟涂料还包括溶剂。
优选地，所述溶剂为去离子水。
第二个方面，本发明还提供上述水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法，包括：按照水性常温自干型pvdf氟涂料的重量份组成配料；混合均匀，即得。
第三个方面，本发明提供上述水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法在金属基材涂层中的应用。
第四个方面，本发明提供上述水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法在金属表面和混凝土防护涂层中的应用。
第五个方面，本发明提供上述水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法在建筑外墙涂层中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的水性常温自干型pvdf氟涂料在应用于金属基材涂层时，具有以下优点：
1)可用于替代溶剂型和水性双组分feve涂料或双组分羟丙聚氨酯涂料，具有使用方便、节能降耗、安全健康等优点；
2)具有优异的耐化学品和耐候性能，各项性能指标均满足水性氟树脂涂料《hg/t4104-2019》要求，综合性能较比水性双组分feve涂料或双组分羟丙聚氨酯涂料更优异，双组分聚氨酯涂料固化速度较慢，不同涂层配套间隔时间较长，养护期长，漆膜性能提升较慢，漆膜早期耐水性能和抗发白等性能受环境天气以及温湿度影响较大，同时漆膜在后期容易出现硬而脆的特点，柔韧性急剧下降，在金属基材上使用容易出现因基材热胀冷缩导致的漆膜开裂脱落等问题，使得涂层丧失对基材的保护能力，而本发明的水性常温自干型pvdf氟涂料由于可实现常温快速自干以及具有超强的抗开裂能力，漆膜的综合应用性能更优。
3)可常温自干，并且其中的voc含量≤80g/l；
4)其它性能优异：耐酸性(50g/l硫酸溶液)≥168h、附着力≥2mpa，耐水性≥168h，耐碱性(饱和氢氧化钙溶液)≥240h；加速耐候测试达到或超过3000小时，弯曲性≤2mm、断裂伸长率≥300％。
(2)本发明的水性常温自干型pvdf氟涂料在应用于金属表面和混凝土防护涂层时，具有超强的耐候性能，加速耐候达到或超过3000小时，用于制作金属表面和混凝土防护涂料更具有长期的保持性。
(3)本发明的水性常温自干型pvdf氟涂料在应用于建筑外墙涂层时，与现有的丙烯酸乳液外墙涂料相比，本发明的涂料具有较好的延伸率，其漆膜延伸率≥300％，并且具有优异的抗开裂性，能有效防止外墙细微裂痕造成的渗水。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本实施例提供一种水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法，其组成为：固含量为60％的聚偏氟乙烯乳液30份、固含量为45％的丙烯酸乳液25份、金红石型钛白粉15份、沉淀硫酸钡15份、防冻剂1份、醇酯-121.5份、去离子水10.5份、防沉流变剂0.2份、消泡剂0.3份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.6份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、ph值调节剂0.2份。
该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在缸内计量加入去离子水和防冻剂，搅拌状态下加入防沉流变剂、消泡剂、润湿剂、金红石型钛白粉和沉淀硫酸钡，高速分散均匀；
(2)用砂磨机研磨至细度小于20微米；
(3)加入聚偏氟乙烯乳液和丙烯酸乳液、醇酯-12份、增稠流变剂、杀菌剂、防霉剂、ph值调节剂混合均匀，即得，该水性常温自干型pvdf氟涂料的ph值在8.5左右。
实施例2
本实施例提供一种水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法，其组成为：固含量为60％的聚偏氟乙烯乳液30份、固含量为45％的丙烯酸乳液25份、金红石型钛白粉13份、沉淀硫酸钡10份、玻璃微珠10份、防冻剂1份、二丙二醇丁醚1.5份、去离子水7.5份、防沉流变剂0.2份、消泡剂0.3份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.6份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、ph调节剂0.2份。
该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种水性常温自干型pvdf氟涂料及其制备方法，其组成为：固含量为60％的聚偏氟乙烯乳液20份、固含量为45％的丙烯酸乳液17份、金红石型钛白粉8份、云母粉5份、高岭土5份、碳酸钙10份、滑石粉5份、防冻剂1份、二丙二醇甲醚1份、二丙二醇丁醚1份、去离子水24.8份、防沉流变剂0.2份、消泡剂0.3份、润湿剂0.5份、增稠流变剂0.8份、杀菌剂0.1份、防霉剂0.1份、ph值调节剂0.2份。
该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例将实施例1的水性pvdf氟涂料用作金属基材的涂层，具体施工工艺如下：
用去离子水将实施例1制备所得的水性高氟含量常温自干型pvdf氟涂料稀释至25-35s/涂-4杯，用喷枪喷涂环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆上，涂层厚度为30-50微米。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能按照按照《hg/t4104-2019》测试如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≥3mpa；
冲击强度：50kg.cm；弯曲性：≤2mm；延伸率：≥300％；
耐候性：加速氙灯老化3000小时，不超过2级；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)≥168h；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内无异常；
耐水性：常温240h无异常。
实施例5
本实施例将实施例2的水性常温自干型pvdf氟涂料用作混凝地土防护涂层，具体施工工艺如下：
用去离子水将实施例2中制备所得的水性高氟含量常温自融型pvdf氟涂料稀释至30-40s/涂-4杯，用漆刷或滚筒将涂料刷涂或滚涂于已涂了封闭底漆和中间漆的混凝土，涂层厚度为25-30微米；常温干燥，避免雨天或雨前施工。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≥2mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤2mm；延伸率：≥300％；
耐候性：加速氙灯老化3000小时，不超过2级；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)≥168h；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内无起泡；耐水性：常温168h无起泡。
实施例6
本实施例将实施例3的水性常温自干型pvdf氟涂料用作建筑外墙涂层，具体施工工艺如下：
用去离子水将实施例3中制备所得的水性高氟含量常温自干型pvdf氟涂料稀释至30-40s/涂-4杯，用漆刷或滚筒将涂料刷涂或滚涂于已涂了底漆的外墙或翻新外墙表面，涂层厚度为25-30微米；常温干燥，避免雨天或雨前施工。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≥3mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤2mm；延伸率：≥300％；
耐候性：加速氙灯老化3000小时，不超过2级；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)≥168h；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内无起泡；耐水性：常温168h无起泡。
对比例1
本对比例的水性常温自干型pvdf氟涂料与实施例1的区别在于：成膜物质只有聚偏氟乙烯乳液。该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1，施工工艺同实施例4。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≥24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≤1mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤1mm；延伸率：≥400％；
耐候性：加速氙灯老化3000小时，不超过2级；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)168h无异常；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内出现轻微起泡；
耐水性：常温168h无起泡。
对比例1获得的漆膜附着力与抗粘连性能较差，漆膜成膜性能不足，难以满足应用要求。
对比例2
本对比例的水性常温自干型pvdf氟涂料与实施例1的区别在于：成膜物质只有丙烯酸乳液。该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1，施工工艺同实施例4。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≥3mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤2mm；延伸率：≤100％；
耐候性：加速氙灯老化＜1000小时；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)168h轻微变色；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内出无异常；
耐水性：常温168h无起泡。
对比例2获得的漆膜附着力优异，但漆膜耐候性、耐化学品性和柔韧性能较差，难以满足应用要求。
对比例3
本对比例的水性常温自干型pvdf氟涂料与实施例1的区别在于：成膜物质中聚偏氟乙烯乳液的固含量低于60％，丙烯酸乳液的固含量低于40％。该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1，施工工艺同实施例4。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≤1mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤2mm；延伸率：≤150％；
耐候性：加速氙灯老化＜2000小时；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)168h轻微变色；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内出现轻微变色；
耐水性：常温168h无起泡。
对比例3获得的漆膜耐候性、耐化学品性能明显下降，难以满足应用要求。
对比例4
本对比例的水性常温自干型pvdf氟涂料与实施例1的区别在于：成膜物质中聚偏氟乙烯乳液的固含量低于60％，丙烯酸乳液的固含量高于50％。该水性常温自干型pvdf氟涂料的制备方法同实施例1，施工工艺同实施例4。
所获得的涂层可常温自干，voc含量≤80g/l，其他性能如下：
表干时间：≤2h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
实干时间：≤24h；(t＝25±2℃，rh≤70％)
附着力：≤1mpa；冲击强度：50kg.cm；
弯曲性：≤2mm；延伸率：≤150％；
耐候性：加速氙灯老化＜2000小时；
耐化学品性：耐酸性(50g/l硫酸溶液)168h轻微变色；
耐饱和氢氧化钙溶液于240h内出现轻微变色；
耐水性：常温168h无起泡。
对比例4获得的漆膜耐候性、耐化学品性能明显下降，难以满足应用要求。
综上，本发明的水性常温自干型pvdf氟涂料不论是应用于金属基材涂层，还是应用于混凝土防护涂层或者建筑外墙涂层，均具有优异的耐化学品、耐候性能、延伸率、抗开裂性等各项性能，并且制备简单、安全健康，具有广泛的应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。