技术领域
本发明涉及一种涂料助剂,具体地说涉及一种用于涂料和油墨的改 性剂,尤其是涉及一种用多种无机材料复合制成的水性分散体组合物。
背景技术
涂料,油墨等产品一般需要使用各种功能助剂,如触变剂、分散剂、 抗老化剂、流平剂等,这些助剂对产品的性能产生很大的影响。可以 说,涂料的档次很大程度上取决于这些助剂。目前市场上比较好的助 剂有英国ICI公司生产的S系列分散剂,触变剂一般使用改性的纤维 素,比较好的抗老化剂有瑞士汽巴公司生产的S-3225D,这些产品大多 性能单一,且价格昂贵。
发明内容
因此,本发明的一个要解决的技术问题是提供一种具有多种功能的 水性助剂,即一种纳米水性分散体组合物,它兼有抗老化剂,分散剂、 补强剂以及阻燃剂等综合性能,特别是具有优异的抗老化性能和触变 性能,且使用方便,成本较低。
本发明的另一个要解决的技术问题是提供一种制备纳米水性分散 体组合物的方法。
本发明的再一个要解决的技术问题是提供所述水性分散体组合物 的用途,即用该组合物改性涂料。
在本发明的一个实施方案中,提供了一种纳米水性分散体组合物, 以重量份计,该组合物包括以下组分:
氧化锌粉体材料: 1-15份
碳酸钙粉体材料: 1-20份
二氧化钛粉体材料: 1-15份
二氧化硅粉体材料: 1-20份
三氧化二锑粉体材料: 0-20份
表面处理剂: 1-20份
表面活性剂: 1-20份
分散剂: 1-10份
水: 余量
其中组合物的粉体材料的含量占组合物总重量份的10-50%,粉体 材料的平均粒径为1-100纳米。
在本发明的实施中,所用的表面处理剂可以是本领域公知的表面处 理剂,包括硅烷偶联剂、硬脂酸钠、烷氧乙烯醚或其任意的混合物。 优选的表面处理剂包括硅烷偶联剂、硬脂酸钠或其混合物。以水性分 散体组合物的总重量份计,可以加入1-20份表面处理剂,优选加入1-15 份表面处理剂。
在本发明中可以使用的表面活性剂是非离子型表面活性剂,其包括 壬基酚聚氧乙烯醚、烷芳基聚醚醇和改性烷基酚聚氧乙烯醚,优选的 表面活性剂为烷芳基聚醚醇。以水性分散体组合物的总重量份计,可 以加入1-20份表面活性剂,优选加入2-10份表面活性剂。
可用于本发明的分散剂是2-氨基-2-甲基-1-丙醇。以水性分散体组 合物的总重量份计,可以加入1-10份分散剂,优选加入3-10份分散剂。 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种纳米水性分散体组合 物,以重量份计,该组合物包括以下组分:
氧化锌粉体材料: 1-15份
碳酸钙粉体材料: 1-20份
二氧化钛粉体材料: 1-15份
二氧化硅粉体材料: 1-15份
三氧化二锑粉体材料: 0-15份
表面处理剂: 1-15份
表面活性剂: 2-10份
分散剂: 3-10份
水: 余量
其中组合物的粉体材料的含量占组合物总重量份的20-40%,粉体 材料的平均粒径为1-100纳米。
在本发明的另一个实施方案中,提供了一种制备纳米水性分散体组 合物的方法,该方法包括以下步骤:
a)将所需的粉体材料与表面处理剂进行混合研磨20-180分钟;
b)将水、表面活性剂和分散剂均匀混合,配制成预混液;
c)将第a)步所得到的纳米混合物加入第b)步配制的预混液中,以8-20 米/秒的线速度搅拌20-100分钟;
d)将所得混合物进行研磨20-180分钟;然后
d)超声处理研磨后的混合物20-300分钟,超声频率为1-40K。
在本发明的另一个优选实施方案中,提供了一种制备纳米水性分散 体组合物的方法,该方法包括以下步骤:
a)将所述的粉体材料与表面处理剂进行混合研磨20-120分钟;
b)将水、表面活性剂和分散剂均匀混合,配制成预混液;
c)将第a)步所得到的纳米混合物加入第b)步配制的预混液中,以8-20 米/秒的线速度搅拌20-100分钟;
d)将所得混合物进行研磨20-120分钟;
e)超声处理研磨后的混合物20-200分钟,超声频率为1-40K。
在本发明的另一个实施方案中,还可以使用气流粉碎设备对粉体混 合材料与表面处理剂进行处理1-5遍。
在本发明的另一个实施方案中,可以选择性地加入所述的粉体材 料。例如,主要为了提高抗老化性能并有较好的强度,就可以只加入 粉体氧化锌、碳酸钙、二氧化钛和二氧化硅;如果要提高阻燃性能, 则可以再加入三氧化二锑粉体。本领域普通技术人员可以根据所需的 性能加入不同的粉体材料,而制得不同的分散体组合物。
在本发明的实施中,在步骤c完成后,为了增加产品的使用性能, 还可以在分散过程中加入防霉剂、消泡剂,例如瑞士Clariant生产的 Kathon LXE、Rozone2000等防霉剂,德国Henkel生产的NXZ、F111 等消泡剂。
在第a)步和第d)步的研磨过程中,可以采用研磨机,砂磨机和球磨 机等。研磨后将混合物收集于玻璃或塑料容器中。研磨时间为20-180 分钟,优选20-120分钟。在第e)步的超声处理中,超声源可以直接采 用超声波发生器或具有超声波发生功能的器具。处理时间为20-300分 钟,优选为20-200分钟。
在本发明的另一个实施方案中,提供了一种包含所述水性分散体组 合物的涂料。具体方法是在涂料生产过程中的分散、研磨等过程中加 入本发明的水性分散体组合物,加入后进行充分搅拌使之均匀,加入 的量为涂料总重量份的1-10%。该涂料的综合性能得到了明显改善。
由于本发明的纳米水性分散体组合物含有多种纳米材料,因而具有 多种特殊性能。纳米是长度单位,1纳米等于十亿分之一米,纳米材料 通常是指材料在三维方向上至少有一维的尺寸在1-100纳米之间,并且 具有区别于常规尺寸时的特殊的物理化学性能。研究实验表明,纳米 二氧化硅、二氧化钛等具有优异的紫外光线(引起老化的主要因素) 吸收特性,纳米碳酸钙粉、纳米氧化锌具有较好的增强性能,纳米三 氧化二锑粉体材料是一种很好的阻燃材料。本发明涉及的纳米水性分 散体组合物含有多种功能纳米材料,并由于经过了适当的处理,可以 保证纳米材料在体系中形成纳米级的分散。这种纳米水性分散体组合 物使用在涂料中可以提高涂料的抗老化性能、涂膜强度硬度、触变性 能、流平性能以及阻燃性能等。由于该产品不含有易挥发的有机物质, 因此它还是一种对环境友好型的产品。
此外,涂料经本发明的纳米水性分散体组合物改性后,可获得抗老 化、耐擦洗、耐污染、涂层硬度、流平性、阻燃性能等的提高。
下面通过实施例举例说明本发明。在不背离本发明的构思和保护范 围的情况下,在涂料助剂的技术领域内,可以对本发明进行其他的修 改。
除非具体指明,本说明书中所有百分数和份数都以重量为基准。
具体实施方式
实施例1
采用以下配方制备纳米水性分散体:
氧化锌粉体材料: 5份
碳酸钙粉体材料: 8份
二氧化钛粉体材料: 4份
二氧化硅粉体材料: 5份
三氧化二锑粉体材料: 5份
硅烷偶联剂: 5份
壬基酚聚氧乙烯醚: 6份
2-氨基-2-甲基-1-丙醇: 6份
水: 56份
将粉体材料与硅烷偶联剂混合并进行球磨60分钟,或者使用气流粉 碎设备进行处理1-5遍;然后将壬基酚聚氧乙烯醚、2-氨基-2-甲基-1- 丙醇和水均匀混合,配制成预混液;将粉体材料与硅烷偶联剂的球磨 后的混合物倒入预混液中,同时在线速度为8-20米/秒的搅拌器中高速 搅拌30分钟;再将所得的混合物研磨60分钟;最后用频率为1-40K 的超声处理器处理研磨后的混合物80分钟,则得到了本发明的纳米水 性分散体组合物。实施例1的组合物显示了优良的抗老化性、耐水浸 泡性、阻燃性和耐擦洗性等综合性能。
实施例2
采用以下配方制备纳米水性分散体:
氧化锌粉体材料: 5份
碳酸钙粉体材料: 1份
二氧化钛粉体材料: 1份
二氧化硅粉体材料: 20份
三氧化二锑粉体材料: 3份
硬脂酸钠和硅烷偶联剂: 15份
烷芳基聚醚醇: 1份
2-氨基-2-甲基-1-丙醇: 3份
水: 52份
将粉体材料与硬脂酸钠和硅烷偶联剂混合并进行球磨180分钟,或 者使用气流粉碎设备进行处理1-5遍;然后将烷芳基聚醚醇、2-氨基-2- 甲基-1-丙醇和水均匀混合,配制成预混液;将粉体材料的球磨后的混 合物加入预混液中,同时在线速度为8-20米/秒的搅拌器中搅拌100分 钟;再将所得的混合物研磨180分钟;最后用频率为1-40K的超声处 理器处理研磨后的混合物300分钟,则得到了本发明的纳米水性分散 体组合物。实施例2的组合物显示了良好的综合性能。
实施例3
采用以下配方制备纳米水性分散体:
氧化锌粉体材料: 1份
碳酸钙粉体材料: 15份
二氧化钛粉体材料: 1份
二氧化硅粉体材料: 10份
三氧化二锑粉体材料: 0份
烷氧乙烯醚和硬脂酸钠: 20份
改性烷基酚聚氧乙烯醚: 1份
2-氨基-2-甲基-1-丙醇: 3份
水: 49份
将粉体材料与烷氧乙烯醚和硬脂酸钠混合并进行球磨120分钟;然 后将1,2-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和水均匀混合,配制成预混液; 将经表面处理的粉体材料的混合物加入预混液中,同时在线速度为 8-20米/秒的搅拌器中高速搅拌100分钟;再将所得的混合物研磨120 分钟;最后用频率为1-40K的超声处理器处理研磨后的混合物200分 钟,则得到了本发明的纳米水性分散体组合物。实施例3的组合物显 示了良好的抗老化性能和增强性能。
实施例4
采用以下配方制备纳米水性分散体:
氧化锌粉体材料: 3份
碳酸钙粉体材料: 2份
二氧化钛粉体材料: 1份
二氧化硅粉体材料: 3份
三氧化二锑粉体材料: 1份
烷氧乙烯醚: 2份
改性烷基酚聚氧乙烯醚: 2份
2-氨基-2-甲基-1-丙醇: 3份
水: 83
将粉体材料与烷氧乙烯醚混合并进行球磨20分钟;然后将1,2-丙二 醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和水均匀混合,配制成预混液;将经表面处 理的粉体材料的混合物加入预混液中,同时在线速度为8-20米/秒的搅 拌器中搅拌20分钟;再将所得的混合物研磨20分钟;最后用频率为 1-40K的超声处理器处理研磨后的混合物20分钟,则得到了本发明的 纳米水性分散体组合物。
实施例5
采用以下配方制备纳米水性分散体:
氧化锌粉体材料: 5份
碳酸钙粉体材料: 6份
二氧化钛粉体材料: 4份
二氧化硅粉体材料: 4份
氧化二锑粉体材料: 3份
硅烷偶联剂: 5份
壬基酚聚氧乙烯醚: 20份
2-氨基-2-甲基-1-丙醇: 10份
水: 43份
将粉体材料与硅烷偶联剂混合并进行球磨80分钟;然后将壬基酚 聚氧乙烯醚、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和水均匀混合,配制成预混液;将 经表面处理的粉体材料的混合物加入预混液中,同时在线速度为8-20 米/秒的搅拌器中高速搅拌50分钟;再将所得的混合物研磨60分钟; 最后用频率为1-40K的超声处理器处理研磨后的混合物120分钟,则 得到了本发明的纳米水性分散体组合物。
实施例6
用5份本发明组合物与95份丙烯酸涂料进行充分混合改性,改性 前后涂料部分性能如下:
性能名称 普通涂料 改性涂料 人工老化 250小时 750-1000小时 耐水浸泡 14天强度下降 60天无变化 漆膜硬度 3-4H 6H以上 触变性 一般 很好 耐沾污系数 小于15%为优 2% 耐擦洗性 1000次为一等品 10000次
实施例7
用10份本发明组合物与90份丙烯酸涂料进行充分混合改性,改性 前后涂料部分性能如下: 性能名称 普通涂料 改性涂料 人工老化 250小时 750-1000小时 耐水浸泡 14天强度下降 60天无变化 漆膜硬度 3-4H 6H以上 触变性 一般 很好 耐沾污系数 小于15%为优 2% 耐擦洗性 1000次为一等品 10000次
实施例8
用1份本发明组合物与99份丙烯酸涂料进行充分混合改性,改性 前后涂料部分性能如下: 性能名称 普通涂料 改性涂料 人工老化 250小时 300-500小时 耐水浸泡 14天强度下降 30天无变化 漆膜硬度 3-4H 4H以上 触变性 一般 很好 耐沾污系数 小于15%为优 2% 耐擦洗性 1000次为一等品 >1000次