[发明专利]一种快干型无溶剂涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料、粘合剂及功能材料领域，具体涉及一种快干型无溶剂涂料及其制备方法。

背景技术

由于环境保护的需要，减少涂料在干燥过程中由于溶剂挥发而产生的VOC(可挥发性有机化合物)排放已经成为影响涂料行业发展的关键问题。因此高固体份涂料，光固化涂料，水性涂料和粉末涂料这四大环保型涂料品种越来越受到重视。钢铁的腐蚀每年造成的财富损失巨大。钢铁防腐涂料是涂料中用量最大的品种之一。目前钢结构防腐涂料的最大品种仍然是环氧富锌底漆配套丙烯酸酯聚氨酯面漆。对于超耐候性品种，采用氟碳树脂面漆，其施工体积固含量一般为60％左右，很难进一步提高。高固含量涂料的体积固含量一般达到70％以上，无溶剂涂料固含量一般要达到95％以上(由于一些助剂中含有少量溶剂)。同时一般用于重防腐的常温固化氟碳树脂仍然采用异氰酸酯加成物为固化剂，其中含有的游离异氰酸酯对施工人员和环境造成一定危害。

有机硅树脂是指主链以硅-氧键组成的高分子。由于硅-氧键的键能明显高于碳-碳键能，有机硅树脂的耐热和耐候性能俱佳，是唯一能与氟树脂的耐候性媲美的品种。同时，有机硅树脂是通过缩聚的方法生产的，分子量及分布容易控制，可以得到固含量近100％的官能化树脂，很合适做高固体分含量的涂料。但有机硅树脂的极性低，在一般基材上的附着力较差，同时内结合强度不高，力学性能较差。所以，目前研究较多和已经商品化的产品主要是将有机硅树脂作为改性剂加入到其他树脂中以提高其他树脂体系的耐热、耐候性(有机硅涂料的研究及应用进展.有机硅材料2011；(06):414-417)。

中国专利CN1400265公开了一种有机硅改性丙烯酸酯涂料的生产方法，以硅酸酯水解得到有机硅齐聚物与丙烯酸酯聚合物掺混得到有机硅改性丙烯酸酯树脂，但该类树脂的储存稳定性较差，容易凝胶，且固含量不高。同时，在这些改性的树脂体系中，有机硅成分较低，不能完全发挥有机硅树脂的性能优势，以达到与氟树脂接近的高耐候效果。因此，在有机硅树脂中加入少量其他树脂来克服其附着力较差，脆性较大的问题，以得到无溶剂高耐候防腐面漆成为一个重要的研究方向。

中国专利CN101348611B公开了一种含有缩水甘油基的丙烯酸酯树脂改性的有机硅氧烷预聚体，以氨基硅氧烷为固化剂得到了干燥速度快、耐候性良好的防腐涂料。但由于该技术采用的丙烯酸酯树脂的固含量约为60％左右，限制了涂料固含量的进一步提高。CN101348611B指出采用多官能团丙烯酸酯单体来改性有机硅低聚物是一种保持涂料高固含量的方法，但它制备的涂料初始粘度低，表干速度慢，同时漆膜的抗冲击性能稍差。文献(MechanismoftheAcid-CatalyzedSi-OBondCleavageinSiloxanesandSiloxanols.ATheoreticalStudy[J].Organometallics，2002，21(11)：2165-2175.)指出，酸对有机硅氧烷的水解缩合有明显的促进作用，但酸性过强会对漆膜有负面影响。选用酸性适中，与有机硅氧烷有良好相容性的物质作为催干剂是有效的方法，但尚未被涂料行业采用。

在提高涂层的韧性方面，加入分子量较大的柔性高分子是一个有效的方法，但会增加涂料体系的粘度及降低涂层的硬度。加入纳米填料，与树脂体系形成有机无机杂化结构是近年来发展起来的提高涂层体系的力学性能的有效方法。对于防腐涂料来说，对氧气和水的阻隔作用至关重要。加入径厚比较大的纳米片状填料，可以有效提高体系的阻隔性能，从而对体系的力学和防腐性能都产生正面的影响。粘土和石墨烯是两种典型的二维纳米片状填料，其厚度都在0.5～10nm之间，长度和宽度为几百至数千纳米。中国专利CN200510047901和CN201510497999分别公开了粘土和石墨烯与环氧树脂复合作为防腐涂料的技术。将粘土和石墨烯用于无溶剂有机硅防腐涂料的尚未见报道。

本技术针对多官能团丙烯酸酯单体来改性有机硅低聚物制备高固含量涂料这一思路进行改进，选用两端含有可水解烷氧基团的无溶剂有机硅低聚物为主体树脂，多官能团丙烯酸酯单体为改性树脂，含氨基有机硅偶联剂为固化剂。同时，加入钛酸酯和对甲苯磺酸为催干剂，使表干时间缩短到2小时，满足了施工要求。通过引入片状纳米粘土和石墨烯为填料，填料与树脂基体间会形成强相互作用的杂化结构，进一步提高了涂层的抗冲击性能。解决了无溶剂有机硅涂料的干燥较慢和抗冲击性能较差的问题。

发明内容