CN105838173B - 一种水性涂料及其制备方法、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性涂料，由水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液、水性氨基树脂交联剂、炭黑、钛白粉以及其他助剂组成，其中水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液是采用物理共混法制得。本发明中的水性涂料可通过丝印或者辊涂的方式涂刷于塑胶、皮革、木器、玻璃、金属材料的表面，进一步地，在装饰玻璃立体图案丝印工艺中，本发明中的水性涂料可作为表层的封闭涂料使用。本发明中的水性涂料不仅无挥发性物质，而且物理性能佳，耐水性、耐酸碱性良好。

Description

一种水性涂料及其制备方法、使用方法

技术领域

本发明涉及一种水性涂料，具体设计一种环保的非有机溶剂类的涂料以及该涂料的制备方法和使用方法。

背景技术

涂料主要是由成膜物质、颜料、挥发成分和助剂四部分组成的。成膜物质又称基料，是使涂料牢固附着于被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本性质。聚氨酯涂料是上个世纪六十年代发展起来的一种新型涂料，具有优良的耐化学品、附着力、光泽度和优良的耐磨性，是一种高档耐用的合成树脂型涂料。

水性聚氨酯涂料是指将聚氨酯乳液溶解于或者分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂，具有良好的耐候性、粘结性和弹性。水性聚氨酯涂料是以水为介质的体系，不含有机溶剂，对环境无影响、绿色无毒。然而大多数单组份水性聚氨酯乳液的固含量低、自增稠性能差、光泽性不佳，因此，近年来国内外许多研究者一直致力于研究通过改性或者其他方式来改善其性能。如申请号为201410654915.4的名为《一种水性聚氨酯涂料及其制备方法》的专利中提供的技术方案：通过改进水性聚氨酯涂料的配方，尤其通过改善表面活性剂、消泡剂、抗氧化剂、偶联剂等助剂的使用配方来达到改善涂料本身的目的。

在玻璃行业中，高性能涂料也是研究的重点方向之一。随着玻璃行业日新月异的发展，玻璃的用途越来越广泛，玻璃不再仅仅作为门窗材料等进行应用，还开发出许多其他的应用，如装饰玻璃。装饰玻璃也被称为“艺术玻璃”，是一种体现想象力和审美的人造物品，可通过镶嵌、化学蚀刻、雕刻等各种工艺技术来实现所需要达到的艺术效果，其中涂料印刷是最常见的工艺之一。目前来说，实现三维立体玻璃的艺术效果的工艺为：1、将透明的立体光油按照图案的要求丝印至玻璃制品上；2、用有色热固型油墨丝印图案的主色调；3、用暗色调或者半透明的油墨丝印至已经上色的图案上，使已形成的涂层封闭，通过色调的调配，不仅能够形成一种高档略显哑光的表面效果，同时作为最外层涂层对内层的颜色层和立体层涂层进行保护。现有技术中，在第3步中往往使用的是有机溶剂型封闭涂料，如热固型的丙烯酸涂料或聚酯类涂料，不仅化学挥发性物质容易超标、工艺过程不环保，而且该封闭涂层的耐水性、耐酸碱性等物理性嫩指标也比较差，无法达到理想的效果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种绿色环保型的水性涂料，该涂料可通过丝印或者辊涂的方式涂刷于塑胶、皮革、木器、玻璃、金属材料的表面，进一步地，在装饰玻璃立体图案丝印工艺中，本发明中的水性涂料可作为表层的封闭涂料使用。本发明中的水性涂料不仅无挥发性物质，而且物理性能佳，耐水性、耐酸碱性良好。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明中的水性涂料组分及质量百分比为：

水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液 40-58%

水性氨基树脂交联剂 15-25%

炭黑 8-15%

钛白粉 8-10%

去离子水 5-10%

偶联剂 2-5%

流平剂 2-3%

分散剂 0.5-1%

消泡剂 0.5-0.8%

其中，水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液的制备方法为将固体百分含量相同的水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸酯乳液以体积比1:（1.2-3）混合，搅拌均匀后研磨至固体粒度小于50μm，然后在高速分散机中以1500-2000r/min的分散速度分散0.5-1小时。

本发明中采用将水性聚氨酯乳液与丙烯酸酯乳液进行物理共混的方法进行涂料的改进，由于聚氨酯软段具有良好的包容性，依靠分子之间的相互作用力与丙烯酸酯的分子链共同形成了非晶区，而丙烯酸酯的晶区则均匀地分布于复合乳液中，提升了涂料的整体性能。在两者的共混复合乳液中还同时添加交联剂及少量偶联剂，使体系在成膜过程中将两者结合在一起，能够明显促进涂装后成膜的性能，同时偶联剂的添加还能够进一步提高涂料整体粘合力的浸润性，提升涂装后成膜的宏观附着力。

进一步地，水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液的制备过程中，控制复合乳液温度不高于45℃，以防止制备过程中水分的丧失以及由于温度过高影响两种乳液的相容性。

本发明的水性涂料中所选用的炭黑粒径为0.5-10μm，着色强度为108-110。所选用的钛白粉为一般市售产品即可，金红石型钛白粉为最佳。炭黑和钛白粉作为填料及调色用途存在，对炭黑的粒径和着色强度选择的目的是控制涂料整体的光泽度和调色能力，尤其是在作为装饰玻璃立体图案丝印工艺中的表层封闭涂料使用时，炭黑形成的色调既不能对颜色层涂料颜色有所遮盖，同时还要对颜色层的外观进行调节，用以呈现出高档哑光优雅的综合色调。

本发明的水性涂料中所选用的偶联剂为钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。本发明的水性涂料中所选用的流平剂为纯聚丙烯酸酯流平剂、水性含硅流平剂中的一种。本发明的水性涂料中所选用的分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺、瓜尔胶、甲基戊醇中的一种或多种。本发明的水性涂料中所选用的消泡剂为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾、焦磷酸钾中的一种或多种。本发明中使用的上述助剂都可直接选用市售产品。

还提供一种制备本发明中水性涂料的方法：将上述原料按照配方混合，搅拌均匀后研磨，控制研磨过程中涂料的温度不高于45℃，最终研磨至涂料内固体粒度小于20μm即得所需水性涂料。尤其需要注意的是，控制研磨过程中的温度，以保证该涂料中的固体物有效均匀分散于水中。

本发明中的水性涂料可通过丝印或者辊涂的方式涂刷于塑胶、皮革、木器、玻璃、金属材料的表面，在160-200℃条件下烘干5-8分钟即得干燥涂层。在装饰玻璃立体图案丝印工艺中，本发明中的水性涂料可作为表层的封闭涂料使用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中的水性涂料不仅无挥发性物质，而且物理性能佳，耐水性、耐酸碱性良好。

2、本发明中的水性涂料可通过丝印或者辊涂的方式涂刷于塑胶、皮革、木器、玻璃、金属材料的表面，制造方法和使用方法简单、节能。

3、本发明中的水性涂料在装饰玻璃立体图案丝印工艺中，作为表层的封闭涂料使用时，调色能力佳、耐水、耐酸碱能力佳，能够有效保护装饰玻璃表面的立体层和颜色层涂层，使装饰玻璃外观靓丽保持良久。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。

1、水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液的制备

实际应用中宜选用固体百分含量相同的水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸酯乳液，以便于管控固含量比例，可根据使用领域适量调整乳液中固含量的比例，进一步达到调整最终涂料粘度和成膜性能的目的。本实施例中，选用固含量皆为35%的水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸酯乳液，分别以体积比1:1.2、1:1.35、1:1.4、1:1.55、1:1.7、1:2.2、1:2.45、1:2.5、1:2.7、1:3进行混合，搅拌均匀后研磨至固体粒度小于50μm，然后在高速分散机中以1500r/min的分散速度分散0.5小时。

因本实施例中制备涂料的量较少，并非大规模化生产，在实际生产过程中，如果量大，可适量提升高速分散机的分散速度和分散时间，但分散速度不宜过高、分散时间不宜过长，控制复合乳液温度一直不高于45℃为宜。

上述不同体积比混合的复合乳液制得后可应用于不同的领域，本发明的发明人在实践中发现，复合乳液中水性聚氨酯乳液含量越高，其耐水和耐酸碱性越好，而丙烯酸酯乳液含量越高则成膜的外观越好。本实施例中选取水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸酯乳液体积比为1:1.35的复合乳液。

2、涂料配方

实施例涂料配方中选用的炭黑粒径为8μm，着色强度为110，选用粒径为10μm的金红石型钛白粉，选用的偶联剂为硅烷偶联剂，流平剂为纯聚丙烯酸酯流平剂，选用的配方质量百分比如下表所示，余量为去离子水。

将原料按照上述配方混合，搅拌均匀后研磨，控制研磨过程中涂料的温度不高于45℃，最终研磨至涂料内固体粒度小于20μm即得所需水性涂料。

3、实施例中涂料使用方法

将所得到的涂料作为装饰玻璃立体图案丝印工艺中的封闭涂料使用，具体工艺步骤为：

（1）在玻璃表面用透明光油丝印立体涂层；

（2）待步骤（1）中涂层干燥后，用有色热固型油墨丝印图案的主色调涂层；

（3）待步骤（2）中涂层干燥后，用本实施例中制备的涂料丝印至步骤（2）中的图案上，丝印完毕后在180℃条件下烘干6分钟即得用于涂料测试的玻璃试片。

对比例中，采用普通溶剂型丙烯酸涂料作为步骤（3）中的封闭涂料，同样

制得测试的玻璃试片。

4、涂料性能测试

对上述玻璃试片进行RCA纸带耐磨性测试、耐酸碱性能测试、泡水试验、煮沸试验。RCA纸带耐磨性测试采用500克力摩擦300次，观察涂层表面变化。耐酸碱性能测试采用质量浓度为8%的盐酸溶液和氢氧化钠溶液，分别浸泡试样1小时，观察涂层表面变化。泡水试验采用室温自来水浸泡试样24小时，晾干后测试涂层附着力。煮沸试验采用沸腾状态的自来水浸煮试样1小时，晾干后测试涂层附着力。涂层附着力测试按照《GBT 6739-2006 色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》进行测试。

测试结果如下：

由实施例可看出，本发明中的涂料膜层的耐磨性、耐酸碱性、耐水性比常规的封闭涂料性能要好。同时，经过对干燥膜层直观的观察，本发明中的涂料形成的膜层颜色柔和，整体外观靓丽高档。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种水性涂料，其特征在于所述涂料的组分及质量百分比为：

水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液 40-58%

水性氨基树脂交联剂 15-25%

炭黑 8-15%

钛白粉 8-10%

去离子水 5-10%

偶联剂 2-5%

流平剂 2-3%

分散剂 0 .5-1%

消泡剂 0 .5-0 .8%

其中，水性聚氨酯/水性丙烯酸酯复合乳液的制备方法为将固体百分含量相同的水性聚氨酯乳液与水性丙烯酸酯乳液以体积比1:（1 .2-3）混合，搅拌均匀后研磨至固体粒度小于50μm，然后在高速分散机中以1500-2000r/min的分散速度分散0 .5-1小时，并在制备过程中控制复合乳液的温度不高于45℃。

2.如权利要求1所述水性涂料 ，其特征在于 ：所述炭黑粒径为0 .5-10μm ，着色强度为108-110。

3.如权利要求1所述水性涂料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。

4.如权利要求1所述水性涂料，其特征在于：所述流平剂为纯聚丙烯酸酯流平剂、水性含硅流平剂中的一种。

5.如权利要求1所述水性涂料，其特征在于：所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺、瓜尔胶、甲基戊醇中的一种或多种。

6.如权利要求1所述水性涂料，其特征在于：所述消泡剂为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾、焦磷酸钾中的一种或多种。

7.一种制备如权利要求1-6任一所述水性涂料的方法，其特征在于：将原料按照配方混合，搅拌均匀后研磨，控制研磨过程中涂料的温度不高于45℃，最终研磨至涂料内固体粒度小于20μm即得所需水性涂料。

8.一种如权利要求1-6任一所述水性涂料的使用方法，其特征在于：所述水性涂料可通过丝印或者辊涂的方式涂刷于塑胶、皮革、木器、玻璃、金属材料的表面，在160-200℃条件下烘干5-8分钟即得干燥涂层。

9.一种如权利要求1-6任一所述水性涂料的使用方法，其特征在于：在装饰玻璃立体图案丝印工艺中，所述水性涂料可作为表层的封闭涂料使用。