水性抗結冰涂料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種水性抗結冰涂料，按總計100重量份計算，包括以下重量份的組分：水性樹脂10～30重量份；固化劑2～4重量份；功能填料0～30重量份；助劑0.05～0.15重量份；助溶劑1～20重量份；水16～86重量份。與相關技術相比，本發明有益效果在于，抗結冰性能強，持續抗結冰效果顯著。
【專利說明】水性抗結冰涂料及其制備方法 【技術領域】
[0001] 本發明涉及涂料技術領域，尤其涉及一種水性抗結冰涂料及其制備方法。 【【背景技術】】
[0002] 在交通運輸、航空航天、熱能交換、電力通信等諸多領域，結冰/霜給人類和社會帶 來非常大的危害和安全隱患。現有的抗結冰方法如機械除冰、加熱除冰以及噴灑化學試劑 等雖然有效，但是存在耗能大、環境污染和持久性差等問題。采用抗結冰功能涂層進行基材 表面改性施工便捷、效果顯著，其中犧牲性涂層、疏冰涂層和超疏水涂層更是成為研究熱 點。
[0003] 相關技術中的抗結冰/霜主要采用超疏水表面處理的方式，如中國專利 CN103013316A公開的一種超耐候耐磨防結冰風電葉片涂料及其制備方法是一種有機無機 體系涂料，以氟碳樹脂和聚酯樹脂為成膜物，輔以納米填料和分散劑制備的耐磨耐候防結 冰風電葉片涂料，這些表面通過一定的表面形貌控制和低表面能物質相配合，可以達到抵 抗外來污染或者污染物的易清潔，但采用疏水表面，無法持久滿足抗結冰性能要求，多次使 用后抗結冰效果衰減顯著。中國專利CN103194130A公開了一種用丙烯酸樹脂輔以無機填料 制備的防覆冰涂料，需要借助風力或者重力等外力來除去冰層達到防結冰效果，僅能加速 冰層快速脫離。但對于消除空調兩器、冰箱/柜內膽等冷表面因環境水分凝華形成的結冰或 和結霜無明顯成效。因而，相關技術的抗結冰涂層存在抗結冰性能較差，持續抗結冰效果較 弱的不足。
[0004] 因此，實有必要提供一種新的水性抗結冰涂料及其制備方法來克服上述技術問 題。 【
【發明內容】
】
[0005] 本發明需要解決的技術問題是提供一種抗結冰性能強，持續抗結冰效果顯著的 水性抗結冰涂料及其制備方法。
[0006] 本發明一種水性抗結冰涂料，按總計100重量份計算，包括以下重量份的組分:水 性樹脂10~30重量份；固化劑2~4重量份;功能填料0~30重量份;助劑0.05~0.15重量份； 助溶劑1~20重量份;水16~86重量份，其中，所述固化劑與所述水性樹脂的固含量比值為 9:1~1:1，所述水性樹脂為改性丙烯酸樹脂、水溶性改性淀粉樹脂、聚乙二醇及其衍生物、 聚丙二醇及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物、聚乙烯醇及其衍 生物、水性環氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環氧丙烯酸乳液中的至少一種，所述固化劑為 含氮衍生物、多羥基醇、水溶性氨基樹脂中的至少一種，所述功能填料可以是與樹脂反應型 的填料，也可以是非反應型的惰性填料，反應型的填料為硅酸鈉、鋁溶膠、硅溶膠、二氧化鈦 溶膠中的至少一種，非反應型的惰性填料為納米二氧化硅、超細滑石粉、鈦白粉、碳納米管、 氧化石墨烯中的至少一種，所述助劑為抗菌劑、水性流平劑、潤濕劑、分散劑、流變劑、消泡 劑、偶聯劑中的至少一種。
[0007] 優選的，所述水性樹脂為水溶性改性淀粉樹脂，由以下重量份的組分共聚而成:至 少一種可溶性淀粉80~100重量份;至少一種含有一個雙鍵的水溶性酸（鹽)單體25~50重 量份;至少一種含有一個雙鍵的水溶性羥基單體3~20重量份;含有一個雙鍵的水溶性含氮 單體20~50重量份;至少一種含有兩個雙鍵的水溶性交聯單體5~10重量份;至少一種水溶 性熱引發劑5~10重量份;水80~120重量份。
[0008] 優選的，所述固化劑與所述水性樹脂的固含量比值為17:3~4:1。
[0009] 優選的，所述含氮衍生物包括具有β-輕烷基酰胺結構式的物質。
[0010]優選的，所述多羥基醇包括聚合度為2-50的聚合甘油、三羥甲基丙烷及二聚體、季 戊四醇及二聚體中的至少一種。
[0011]優選的，所述助劑為水性流平劑，所述水性流平劑為烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚 氧乙烯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基二苯醚磺酸鹽或硫酸鹽、烷基苯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基磺酸鹽 或硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種。
[0012] 優選的，所述水性流平劑為烷基二苯醚磺酸鹽和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽。
[0013] 優選的，所述助溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、 丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一種。
[0014] 本發明還提供了一種水性抗結冰涂料的制備方法，按總計100重量份計算，將10~ 30重量份的水溶性改性淀粉樹脂、2~4重量份的固化劑、0~30重量份的功能填料、0.05~ 0.15重量份的助劑、1~20重量份的助溶劑以及16~86重量份的水依次加入到容器中，攪拌 均勻，用pH調節劑將ΡΗ值調為9~12，連續攪拌1.5小時以上，得到水性抗結冰涂料。
[0015]優選的，還包括所述水溶性改性淀粉樹脂的制備步驟:將80~100重量份的至少一 種可溶性淀粉、25~50重量份的至少一種含有一個雙鍵的水溶性酸(鹽)單體、3~20重量份 的至少一種含有一個雙鍵的水溶性羥基單體、20~50重量份的含有一個雙鍵的水溶性含氮 單體、5~10重量份的至少一種含有兩個雙鍵的水溶性交聯單體以及80~120重量份的水混 合，在50~80°C的溫度環境下攪拌1小時，再用5~10重量份的至少一種水溶性熱引發劑滴 加2小時，保溫1~10小時得到所述水性改性淀粉樹脂。
[0016] 與相關技術相比，本發明的有益效果在于，抗結冰性能強，持續抗結冰效果顯著。 而且，在環境溫度-5~-10 °C，相對濕度30~85 %的條件下，基材表面溫度為0~-15 °C情況 下，能有效延緩和抵抗表面結冰/霜。尤其是應用于鋁箱時可以解決冬季暖房工作過程中空 調室外機散熱器鋁翅片結冰/霜的難題。采用無機有機雜化體系，涂層具有良好的機械性 能，能夠滿足空調鋁箱后道加工的需要。具有良好的基材附著力，滿足涂層長效性需求。 【【具體實施方式】】
[0017] 為了便于理解本發明，下面將對本發明進行更全面的描述。但是，本發明可以以許 多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使 對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0018] 本發明一種水性抗結冰涂料，按總計100重量份計算，包括以下重量份的組分:水 性樹脂10~30重量份；固化劑2~4重量份;功能填料0~30重量份;助劑0.05~0.15重量份； 助溶劑1~20重量份;水16~86重量份，其中，所述固化劑與所述水性樹脂的固含量比值為 9:1~1:1，所述水性樹脂為改性丙烯酸樹脂、水溶性改性淀粉樹脂、聚乙二醇及其衍生物、 聚丙二醇及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物、聚乙烯醇及其衍 生物、水性環氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環氧丙烯酸乳液中的至少一種，所述固化劑為 含氮衍生物、多羥基醇、水溶性氨基樹脂中的至少一種，所述功能填料可以是與樹脂反應型 的填料，也可以是非反應型的惰性填料，反應型的填料為硅酸鈉、鋁溶膠、硅溶膠、二氧化鈦 溶膠中的至少一種，非反應型的惰性填料為納米二氧化硅、超細滑石粉、鈦白粉、碳納米管、 氧化石墨烯中的至少一種，所述助劑為抗菌劑、水性流平劑、潤濕劑、分散劑、流變劑、消泡 劑、偶聯劑中的至少一種。
[0019] 本發明提供的水性抗結冰涂料是水性有機無機雜化抗結冰涂料，抗結冰性能強， 持續抗結冰效果顯著。而且，在環境溫度-5~_10°C，相對濕度30~85%的條件下，基材表面 溫度為〇~_15°C情況下，能有效延緩和抵抗表面結冰/霜。尤其是應用于鋁箱時可以解決冬 季暖房工作過程中空調室外機散熱器鋁翅片結冰/霜的難題。采用無機有機雜化體系，涂層 具有良好的機械性能，能夠滿足空調鋁箱后道加工的需要。具有良好的基材附著力，滿足涂 層長效性需求。
[0020] 本實施方式中，所述水性樹脂為水溶性改性淀粉樹脂，由以下重量份的組分共聚 而成:至少一種可溶性淀粉80~100重量份;至少一種含有一個雙鍵的水溶性酸(鹽)單體25 ~50重量份;至少一種含有一個雙鍵的水溶性羥基單體3~20重量份;含有一個雙鍵的水溶 性含氮單體20~50重量份;至少一種含有兩個雙鍵的水溶性交聯單體5~10重量份;至少一 種水溶性熱引發劑5~10重量份;水80~120重量份。
[0021] 本實施方式中，所述固化劑與所述水性樹脂的固含量比值為17:3~4:1。
[0022] 本實施方式中，所述含氮衍生物包括具有β-輕烷基酰胺結構式的物質。
[0023]本實施方式中，所述多羥基醇包括聚合度為2-50的聚合甘油、三羥甲基丙烷及二 聚體、季戊四醇及二聚體中的至少一種。
[0024] 本實施方式中，所述助劑為水性流平劑，所述水性流平劑為烷基酚聚氧乙烯醚、烷 基酚聚氧乙烯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基二苯醚磺酸鹽或硫酸鹽、烷基苯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基 磺酸鹽或硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種。
[0025] 本實施方式中，所述水性流平劑為烷基二苯醚磺酸鹽和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫 酸鹽。
[0026] 本實施方式中，所述助溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二 醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一種。
[0027] 本發明還提供了一種水性抗結冰涂料的制備方法，按總計100重量份計算，將10~ 30重量份的水溶性改性淀粉樹脂、2~4重量份的固化劑、0~30重量份的功能填料、0.05~ 0.15重量份的助劑、1~20重量份的助溶劑以及16~86重量份的水依次加入到容器中，攪拌 均勻，用pH調節劑將ΡΗ值調為9~12，連續攪拌1.5小時以上，得到水性抗結冰涂料。
[0028] 所述水性抗結冰涂料的制備方法還包括所述水溶性改性淀粉樹脂的制備步驟:將 80~100重量份的至少一種可溶性淀粉、25~50重量份的至少一種含有一個雙鍵的水溶性 酸(鹽)單體、3~20重量份的至少一種含有一個雙鍵的水溶性羥基單體、20~50重量份的含 有一個雙鍵的水溶性含氮單體、5~10重量份的至少一種含有兩個雙鍵的水溶性交聯單體 以及80~120重量份的水混合，在50~80 °C的溫度環境下攪拌1小時，再用5~10重量份的至 少一種水溶性熱引發劑滴加2小時，保溫1~10小時得到所述水性改性淀粉樹脂。
[0029] 所述水性抗結冰涂料的制備方法簡單、高效，制備得到的水性抗結冰涂料為有機 無機雜化涂料，抗結冰性能強，持續抗結冰效果顯著。
[0030] 以下為具體實施例
[0031] 實施例一
[0032] 水溶性改性淀粉樹脂由以下重量份的組分組成：
[0033] N，N二甲基雙丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉80重量份、丙烯 酸25重量份、過硫酸銨5重量份、水80重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
[0034]水溶性改性淀粉樹脂的制備方法：
[0035]將10重量份的N，N二甲基雙丙烯酰胺、20重量份的丙烯酰胺、80重量份的水溶性淀 粉、25重量份的丙烯酸、80重量份的水加入到容器中，在溫度50°C的環境下攪拌lh，用5重量 份的過硫酸銨滴加2h，隨后保溫10h得水溶性改性淀粉樹脂。
[0036]水性抗結冰涂料包括以下重量份的組分：
[0037]水溶性改性淀粉樹脂22.5重量份、聚合度為2-50的聚合甘油3重量份、硅酸鈉30重 量份、水性流平劑〇. 1重量份、甲醇15重量份、水29.4重量份。
[0038]水性抗結冰涂料的制備方法：
[0039]將22.5重量份的水溶性改性淀粉樹脂、3重量份的聚合度為2-50的聚合甘油、30重 量份的硅酸鈉、0.1重量份的水性流平劑、15重量份的甲醇、29.4重量份的水依次加入到容 器中，攪拌均勾，然后用1.8重量份的PH調節劑將pH值調為10.8，持續攪拌1.5小時以上，得 到水性抗結冰涂料。所得涂料達到如下質量要求：外觀為白色半透明粘稠液體；固含量為 12.5%，粘度(涂-4杯)為 13.3s。
[0040] 水性抗結冰涂料在鋁箱的應用：
[0041] 采用輥涂，將制備的水性抗結冰涂料涂覆于經過鈍化處理的鋁箱表面上，在金屬 板溫為210°C時固化20s即得到具有抗結冰功能的親水鋁箱。
[0042] 實施例二
[0043]水溶性改性淀粉樹脂由以下重量份的組分組成：
[0044] 羥甲基丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉80重量份、丙烯酸25 重量份、過硫酸銨5重量份、水80重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
[0045] 水溶性改性淀粉樹脂的制備方法：
[0046] 將10重量份的羥甲基丙烯酰胺、20重量份的丙烯酰胺、80重量份的水溶性淀粉、25 重量份的丙烯酸、80重量份的水加入到容器中，在溫度50°C的環境下攪拌lh，用5重量份的 過硫酸銨滴加2h，隨后保溫10h得水溶性改性淀粉樹脂。
[0047] 水性抗結冰涂料包括以下重量份的組分：
[0048]水溶性改性淀粉樹脂25重量份、三羥甲基丙烷3重量份、納米二氧化硅30重量份、 消泡劑0.1重量份、乙二醇甲醚15重量份、水29.4重量份。
[0049] 水性抗結冰涂料的制備方法：
[0050] 將水溶性改性淀粉樹脂25重量份、三羥甲基丙烷3重量份、納米二氧化硅30重量 份、消泡劑〇. 1重量份、乙二醇甲醚15重量份、水29.4重量份依次加入到容器中，攪拌均勻， 然后用1.8重量份的PH調節劑將pH值調為9，持續攪拌1.5小時以上，得到水性抗結冰涂料。 所得涂料達到如下質量要求:外觀為白色半透明粘稠液體;固含量為16%，粘度(涂-4杯)為 25s〇
[0051]水性抗結冰涂料在鋁箱的應用：
[0052]采用浸涂，將制備的水性抗結冰涂料涂覆于經過鈍化處理的鋁箱表面上，在金屬 板溫為300°C時固化5s即得到具有抗結冰功能的親水鋁箱。
[0053] 實施例三
[0054]水溶性改性淀粉樹脂由以下重量份的組分組成：
[0055] N，N二甲基雙丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉90重量份、丙烯 酸25重量份、過硫酸銨5重量份、水100重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份。
[0056] 水溶性改性淀粉樹脂的制備方法：
[0057] 將N，N二甲基雙丙烯酰胺10重量份、丙烯酰胺20重量份、水溶性淀粉90重量份、丙 烯酸25重量份、水100重量份、丙二醇甲醚10重量份、乙二醇丁醚10重量份加入到容器中， 在溫度70°C的環境下攪拌lh，用5重量份的過硫酸銨滴加2h，隨后保溫8h得水溶性改性淀粉 樹脂。
[0058] 水性抗結冰涂料包括以下重量份的組分：
[0059] 水溶性改性淀粉樹脂30重量份、季戊四醇4重量份、鈦白粉28重量份、水性流平劑 0.15重量份、乙二醇丁醚10重量份、水27.85重量份。
[0060] 水性抗結冰涂料的制備方法：
[0061] 將水溶性改性淀粉樹脂30重量份、季戊四醇4重量份、鈦白粉28重量份、水性流平 劑〇. 15重量份、乙二醇丁醚10重量份、水27.85重量份依次加入到容器中，攪拌均勻，然后用 1.8重量份的PH調節劑將pH值調為11.5，持續攪拌1.5小時以上，得到水性抗結冰涂料。所得 涂料達到如下質量要求:外觀為白色半透明粘稠液體;固含量為15%，粘度(涂-4杯)為30s。
[0062] 水性抗結冰涂料在鋁箱的應用：
[0063]采用輥涂，將制備的水性抗結冰涂料涂覆于經過鈍化處理的鋁箱表面上，在金屬 板溫為150°C時固化40s即得到具有抗結冰功能的親水鋁箱。
[0064] 以下為應用本申請水性抗結冰涂料的鋁箱與普通親水鋁箱以及市售疏水抗結冰 涂料鋁泊的性能對比：
[0065] 溫度-25~-20°C、濕度79 %檢測環境下：
[0067] 溫度-15~-1(TC、濕度79%檢測環境下：
[0069] 溫度-25~_20°C、濕度79%檢測環境下：
[0070]
[0071] 溫度-15~_10°C、濕度79%檢測環境下：
[0072]
[0073] 溫度-25~_20°C、濕度79%檢測環境下：
[0074]
[0075] 溫度-15~-1(TC、濕度79%檢測環境下：
[0076]
[0077]與相關技術相比，本發明的主要有益效果在于，抗結冰性能強，持續抗結冰效果顯 著。
[0078]以上所述的僅是本發明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發明的保護范 圍。
【主權項】
1. 一種水性抗結冰涂料，其特征在于，按總計100重量份計算，包括以下重量份的組分： 水性樹脂 10~3.0重量份； 固化劑 2 ~4重量份;： 功能填料 0~3(3重量份： 助劑 0. 05~0. 1 5重量份； 助溶劑 I. ~ 2 0重量份； 水 1 6~86重量份， 其中，所述固化劑與所述水性樹脂的固含量比值為9:1~1:1， 所述水性樹脂為改性丙烯酸樹脂、水溶性改性淀粉樹脂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二 醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、水性環氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環氧丙烯酸乳液中的 至少一種， 所述固化劑為含氮衍生物、多羥基醇、水溶性氨基樹脂中的至少一種， 所述功能填料為硅酸鈉、鋁溶膠、硅溶膠、二氧化鈦溶膠中的至少一種，或納米二氧化 硅、超細滑石粉、鈦白粉、碳納米管、氧化石墨烯中的至少一種， 所述助劑為抗菌劑、水性流平劑、潤濕劑、分散劑、流變劑、消泡劑、偶聯劑中的至少一 種。2. 根據權利要求1所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述水性樹脂為水溶性改性淀 粉樹脂，由以下重量份的組分共聚而成： 至少一種可溶性淀粉 80~1()()重量份； 至少一種含有一個雙鍵的水溶性酸（鹽）單體 25~5Q重量份； 至少一種含有一個雙鍵的水溶性羥基單體 3-:20重量份； 含有一個雙鍵的水溶性含氮單體 20 ~ 5Q重量份； 至少一種含有兩個雙鍵的水黎性交聯單體 5 ~ I Q重量份； 至少一種水溶性熱引發劑 S ~ 1 0重量份； 水 80 ~ 120重量份。3. 根據權利要求2所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述固化劑與所述水性樹脂的 固含量比值為17:3~4:1。4. 根據權利要求3所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述含氮衍生物包括具有β-羥 烷基酰胺結構式的物質。5. 根據權利要求3所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述多羥基醇包括聚合度為2-50的聚合甘油、三羥甲基丙烷及二聚體、季戊四醇及二聚體中的至少一種。6. 根據權利要求2所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述助劑為水性流平劑，所述 水性流平劑為烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基二苯醚磺酸鹽或 硫酸鹽、烷基苯磺酸鹽或硫酸鹽、烷基磺酸鹽或硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種。7. 根據權利要求6所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述水性流平劑為烷基二苯醚 磺酸鹽和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽。8. 根據權利要求2所述的水性抗結冰涂料，其特征在于，所述助溶劑為甲醇、乙醇、異丙 醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二乙二 醇丁醚中的至少一種。9. 一種如權利要求2-8任一項所述的水性抗結冰涂料的制備方法，其特征在于，按總計 100重量份計算，將10~30重量份的水溶性改性淀粉樹脂、2~4重量份的固化劑、O~30重量 份的功能填料、0.05~0.15重量份的助劑、1~20重量份的助溶劑以及16~86重量份的水依 次加入到容器中，攪拌均勻，用pH調節劑將PH值調為9~12，連續攪拌1.5小時以上，得到水 性抗結冰涂料。10. 根據權利要求9所述的水性抗結冰涂料的制備方法，其特征在于，還包括所述水溶 性改性淀粉樹脂的制備步驟:將80~100重量份的至少一種可溶性淀粉、25~50重量份的至 少一種含有一個雙鍵的水溶性酸(鹽)單體、3~20重量份的至少一種含有一個雙鍵的水溶 性羥基單體、20~50重量份的含有一個雙鍵的水溶性含氮單體、5~10重量份的至少一種含 有兩個雙鍵的水溶性交聯單體以及80~120重量份的水混合，在50~80°C的溫度環境下攪 拌1小時，再用5~10重量份的至少一種水溶性熱引發劑滴加2小時，保溫1~10小時得到所 述水性改性淀粉樹脂。
【文檔編號】C09D7/12GK105885608SQ201610367981
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月28日
【發明人】董其寶, 劉天成, 樊孝紅
【申請人】湖南晟通納米新材料有限公司