一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法與流程
2023-05-13 09:49:31 3
技術領域：
本發明涉及建築塗料領域，具體的涉及一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法。
背景技術：
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金屬腐蝕造成的損失是驚人的，防鏽防腐最簡單、有效的方法之一是施塗防鏽防腐塗料。傳統的防鏽塗料作鋼鐵工序間的短期防鏽具有工藝簡單、結合力好等優點，但其含亞硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽等物質，對環境早晨的汙染，且易在表面形成白霜，影響鍍層的外觀質量，從而失去防鏽效果。
近年來，隨著科技發展和人們環保意識的增強，以及法規的日趨嚴格，塗料工業朝著經濟、效能、生態和能源方向發展。開發既環保又性能優良的水性防鏽塗料成為研究的重點。
技術實現要素：
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本發明的目的是提供一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，該方法製備條件溫和，製得的塗料防鏽性能優異，與基體潤溼性能好，力學性能佳。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應20-24h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述多巴胺溶液的濃度為5mg/ml。
作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5。
作為上述技術方案的優選，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯、磷酸酯單體、引發劑、乳化劑的用量以重量份計分別為：苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯7-15份、磷酸酯單體5-10份、引發劑2-5份、乳化劑4-8份。
作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1。
作為上述技術方案的優選，步驟(5)中，所述改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑的用量以重量份計，分別為改性苯丙乳液80-100份、去離子水30-50份、分散劑5-9份、消泡劑4-10份、防閃鏽劑3-8份、增稠劑5-10份、成膜助劑5-10份。
作為上述技術方案的優選，所述分散劑為聚丙烯酸鈉。
作為上述技術方案的優選，所述成膜助劑為2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯。
作為上述技術方案的優選，所述防閃鏽劑為ser-adfa179型防閃鏽劑。
本發明具有以下有益效果：
納米氧化鈦的加入可以有效改善塗料的抗菌耐候性能，但是納米級的氧化鈦，表面活性基團較多，在製備過程中的乾燥環境容易發生硬團聚，從而製得的氧化鈦不是真正意義上的納米級，而且硬團聚之後的氧化鈦很難通過外力把它們分散開。基於這一點，本發明採用溶膠凝膠法製備納米氧化鈦，在在乾燥之前，向反應液中加入多巴胺溶液，使得聚多巴胺均勻的包覆在納米氧化鈦表面，在乾燥過程中避免了納米氧化鈦的硬團聚，而且聚多巴胺表面具有較多的酚羥基和含氮基團，其在水中的分散性較好；
另一方面，本發明在採用核殼工藝製備苯丙乳液的過程中，在核單體中加入適量的聚多巴胺/納米氧化鈦和磷酸酯類單體，其可以有效包覆與製得的殼膠粒表面，磷酸根離子可以有效捕獲鐵離子形成穩定的絡合物附著於基體表面，從而改善了基體的防鏽性能。
具體實施方式：
為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用於解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。
實施例1
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應20h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入濃度為5mg/ml的多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；其中，環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1；鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；其中，各組分的用量分別為苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯7份、磷酸酯單體5份、引發劑2份、乳化劑4份；磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料；其中，各組分的用量分別為：改性苯丙乳液80份、去離子水30份、分散劑5份、消泡劑4份、防閃鏽劑3份、增稠劑5份、成膜助劑5份。
實施例2
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應24h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入濃度為5mg/ml的多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；其中，環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1；鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；其中，各組分的用量分別為苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯15份、磷酸酯單體10份、引發劑5份、乳化劑8份；磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料；其中，各組分的用量分別為：改性苯丙乳液100份、去離子水50份、分散劑9份、消泡劑10份、防閃鏽劑8份、增稠劑10份、成膜助劑10份。
實施例3
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應21h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入濃度為5mg/ml的多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；其中，環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1；鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；其中，各組分的用量分別為苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯9份、磷酸酯單體6份、引發劑3份、乳化劑5份；磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料；其中，各組分的用量分別為：改性苯丙乳液85份、去離子水35份、分散劑6份、消泡劑5份、防閃鏽劑4份、增稠劑6份、成膜助劑6份。
實施例4
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應22h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入濃度為5mg/ml的多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；其中，環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1；鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；其中，各組分的用量分別為苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯11份、磷酸酯單體7份、引發劑4份、乳化劑6份；磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料；其中，各組分的用量分別為：改性苯丙乳液90份、去離子水40份、分散劑7份、消泡劑6份、防閃鏽劑5份、增稠劑7份、成膜助劑7份。
實施例5
一種基於聚多巴胺/納米氧化鈦複合改性的苯丙乳液水性防鏽塗料的製備方法，包括以下步驟：
(1)將環己烷、三乙胺混合攪拌均勻，滴加鈦酸四丁酯，攪拌30min後轉移至水熱釜，150℃下反應23h，反應結束後，冷卻至室溫；將得到的混合液轉移至燒杯中，向燒杯中緩慢加入濃度為5mg/ml的多巴胺溶液，超聲攪拌30min後，加入過量乙醇有沉澱生成，離心，得到的固體用無水乙醇洗滌3-5次，真空乾燥，得到聚多巴胺包覆的納米氧化鈦；其中，環己烷、三乙胺、鈦酸四丁酯的體積比為50:5:1；鈦酸四丁酯與多巴胺溶液的質量比為3:5；
(2)將1/2的苯乙烯、1/2的丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸縮水甘油酯和水混合均勻，並加入1/2的乳化劑，1000r/min的轉速下攪拌1h，然後升溫至60℃，加入1/3的引發劑，混合均勻後反應40min，得到預聚液；
(3)將磷酸酯單體、剩餘的苯乙烯、剩餘的丙烯酸丁酯、步驟(1)製得的聚多巴胺包覆的納米氧化鈦和去離子水混合均勻後，加入剩餘的乳化劑，混合均勻後製得混合乳液；
(4)將步驟(2)製得的預聚液逐滴加入到步驟(3)製得的混合乳液中，滴加完畢後升溫至60℃，加入餘下的引發劑，反應3h，反應結束後，冷卻至室溫，出料，製得改性苯丙乳液；其中，各組分的用量分別為苯乙烯80份、丙烯酸丁酯50份、丙烯酸30份、甲基丙烯酸縮水甘油酯12份、磷酸酯單體8份、引發劑4份、乳化劑7份；磷酸酯單體、聚多巴胺包覆的納米氧化鈦的質量比為3:1；
(5)在配料容器中依次加入上述製得的改性苯丙乳液、去離子水、分散劑、消泡劑、防閃鏽劑、增稠劑、成膜助劑，攪拌混合均勻，出料，製得水性防鏽塗料；其中，各組分的用量分別為：改性苯丙乳液95份、去離子水45份、分散劑8份、消泡劑8份、防閃鏽劑6份、增稠劑8份、成膜助劑8份。
把製得的塗料按照gb/t727-1992制膜，80℃烘烤30min，進行性能測試。
1、耐鹽霧(5％nacl溶液)
按照gb/t1771-1991標準進行測試。
2、附著力
按照gb/t1720-1979標準進行測試。
3、衝擊強度
按照gb/t1732-1993標準進行測試。
4、硬度
按照gb/t1730-1979標準進行測試。
測試結果如表1所示
表1
從上述數據可以看出，本發明製得的塗料附著力好，防鏽性能優異，抗衝擊性能佳，硬度大。