一种安全环保的美缝剂及其制备方法与流程

2021-02-02 16:02:58|

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本发明涉及涂料
技术领域：
，尤其涉及一种安全环保的美缝剂及其制备方法。
背景技术：
：建筑装潢时瓷砖的铺设需要留存缝隙，进而衍生了填缝剂对缝隙进行修补和美化。传统填缝剂通常使用白水泥进行勾缝，但近年来人们发现勾缝后的瓷砖缝容易发黄脏黑，究其原因是传统填缝剂常用无机材料，防水性能差，污水易渗入砖缝。在这样的背景下，美缝剂作为填缝剂的升级产品，由多种高分子聚合物精制而成，其在瓷砖缝中凝固会形成粘结力强、易清洗的结晶面，因而在市场上有逐渐取代填缝剂之势。作为美缝剂的固化原料，环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构。环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。环氧树脂需要与固化剂协同作用，形成热固性成品。市面上的环氧树脂和固化剂多种多样，所选择的树脂和固化剂种类不同，固化反应历程不尽相同，得到的固化物的性能也存在差异。在美缝剂应用领域，如何得到一种固化度高、机械性能好，同时兼顾固化产物美感的美缝剂，成为该
技术领域：
亟待解决的问题。技术实现要素：本发明通过提供一种安全环保的美缝剂及其制备方法，解决了目前市场上美缝剂的固化程度低，尺寸稳定性差的问题，实现了施于装修材料缝隙后防水抗渗、牢固美观的技术效果。该美缝剂常温下即可固化，无毒无刺激，具有优异的实用性。本发明第一方面提供了一种安全环保的美缝剂，所述美缝剂由a组分和b组分组成；按照重量份计，所述a组分的原料包括环氧树脂90-128份，气相二氧化硅2-10份，杀菌剂1-3份，硅藻土4-7份；。按照重量份计，所述b组分的原料包括固化剂18-34份，木质素磺酸盐0.5-1份，聚氧乙烯醚0.5-1份，苯甲醇15-27份，颜料3-10份，无机填料8-15份。在一种优选的实施方式中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂的软化点为58-100℃。在一种优选的实施方式中，所述固化剂为间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺，间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的重量比为(2-5)：1。在一种优选的实施方式中，所述聚氧乙烯醚为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚。在一种优选的实施方式中，所述氢化蓖麻油聚氧乙烯醚的hlb值为7-9。在一种优选的实施方式中，所述无机填料为乙氧基硅烷改性高岭土。在一种优选的实施方式中，所述乙氧基硅烷为二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺。在一种优选的实施方式中，所述二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺的重量比为(3-4.6)：1。本发明第二方面提供了一种安全环保的美缝剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)a组分的制备：将环氧树脂脂90-128份，气相二氧化硅2-10份，杀菌剂1-3份，硅藻土4-7份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到a组分；(2)b组分的制备：将固化剂18-34份，木质素磺酸盐0.5-1份，聚氧乙烯醚0.5-1份，苯甲醇15-27份，颜料3-10份，无机填料8-15份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到b组分；(3)将a组分和b组分灌入双管中即得美缝剂成品。在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)和步骤(2)搅拌的搅拌速度均为1000-1500r/min，步骤(1)和步骤(2)搅拌的时间均为10-30min。有益效果：本发明制备了一种安全环保的美缝剂。该产品不仅装饰质感好，同时性能稳定，具有附着力强，粘合性好，表面硬度高，抗划伤性强等特点。本发明的美缝剂在保证了粘结强度的同时，还提高了产品的弯曲强度。该产品防水抗渗，可以有效避免装修缝隙滋生霉菌危害人体健康；并且持久耐用，利于施工后的清洁处理。本发明所述的美缝剂不含有害溶剂，易挥发有机物含量低，安全环保，应用前景广阔。具体实施方式结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种安全环保的美缝剂，所述美缝剂由a组分和b组分组成；按照重量份计，所述a组分的原料包括环氧树脂90-128份，气相二氧化硅2-10份，杀菌剂1-3份，硅藻土4-7份。按照重量份计，所述b组分的原料包括固化剂18-34份，木质素磺酸盐0.5-1份，聚氧乙烯醚0.5-1份，苯甲醇15-27份，颜料3-10份，无机填料8-15份。在一些优选的实施方式中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂的软化点为58-100℃。所述软化点为58-100℃的双酚a型环氧树脂可为市售，例如迈图特用化学品公司。本发明发现，当本体系中双酚a型环氧树脂的软化点为58-100℃时，所制得的涂料的玻璃化温度tg明显提升，猜测原因是软化点为58-100℃的双酚a型环氧树脂与间苯二甲胺、3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺反应易于生成最为稳定的n(4)交联点，分子链段运动阻力大，所以固化产物的玻璃化温度tg较高，但是该反应得到的环氧树脂的固化度不超过60％。在一些优选的实施方式中，所述硅藻土为经过环氧硅烷表面处理的硅藻土。所述经过环氧硅烷表面处理的硅藻土的制备方法具体为：称取3g硅藻土粗料于三口瓶中，加入30ml3mol/l的硝酸，在70℃恒温水浴锅中持续搅拌8h，冷却后抽滤，用超净水洗涤至中性，80℃真空干燥8h，过150目筛，得到酸化硅藻土；用量筒量取80ml的无水乙醇于250ml的锥形瓶中，然后加入4ml环氧硅烷，充分溶解后，加入一定量的酸化硅藻土。最后放入水浴恒温振荡器中70℃反应24h，冷却后，抽滤，用无水乙醇反复洗涤，以除去多余的γ-氨丙基三甲氧基硅烷。再用超纯水洗涤至中性，80℃真空干燥8h，过150目筛，得到经过环氧硅烷表面处理的硅藻土。本发明发现，当在环氧组分中添加经过环氧硅烷表面处理的硅藻土后，有效提升了美缝剂a组分和b组分混合后对小分子胺类固化剂以及稀释剂(苯甲醇)的吸附，且未对固化产物的各项性能产生负面影响，有效降低了voc挥发。在一些优选的实施方式中，所述固化剂为间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺，间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的重量比为(2-5)：1。间苯二甲胺的cas号为1477-55-0，3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的cas号为100079-24-1。在一些优选的实施方式中，所述无机填料为乙氧基硅烷改性高岭土。所述改性方法为：将1g高岭土加入到20ml甲苯中超声分散，然后加入0.2g乙氧基硅烷，超声混合5min，90℃恒温反应6h，反应液常温12000r/min离心分离得到改性高岭土粗料，再次超声5次，真空干燥研磨过筛，得到乙氧基硅烷改性高岭土。所述高岭土可为市售，例如苏州市相城区恒达高岭土材料厂。进一步优选，所述乙氧基硅烷为二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺；二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷的cas号为7538-44-5，n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺的cas号为18418-79-6。更进一步优选，二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)的重量比例为(3-4.6)：1。本发明发现，将高岭土进行乙氧基硅烷改性，加入乙氧基硅烷之前高岭土与环氧树脂通过氢键作用结合，相容性差；而乙氧基硅烷的加入在高岭土和环氧树脂之间架起了“桥梁”，分子间形成了更强的共价键，从而提升了环氧树脂和高岭土之间的相容性。本发明意想不到地发现，当乙氧基硅烷选用二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)时，能够提升环氧树脂固化产物的固化度。猜测原因是特定组成的乙氧基硅烷降低了体系中环氧树脂固化的反应活化能，从而促进了软化点为58-100℃的双酚a型环氧树脂与间苯二甲胺、3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的交联能力，从而使固化产物的固化度能够达到90％以上。进一步优选，二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)的重量比例为(3-4.6)：1时，不仅能够提高固化产物的固化度，还提升了环氧树脂固化产物的断裂伸长率。猜测原因是该比例的乙氧基硅烷能够最大程度地均匀应力，提升体系的分散性和均匀性，从而抑制了分子链之间的不稳定聚集，进一步提高了固化产物的尺寸稳定性。本发明还发现，经过乙氧基硅烷改性的高岭土能够有效吸附小分子固化剂(如1，3-bac等)，从而减少voc物质的挥发。在一些优选的实施方式中，所述聚氧乙烯醚为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚。在一些优选的实施方式中，所述氢化蓖麻油聚氧乙烯醚的hlb值为7-9。hlb值为7-9的氢化蓖麻油聚氧乙烯醚可为市售，例如佳化化学股份有限公司。本发明发现，当增润剂选用氢化蓖麻油聚氧乙烯醚时，显著降低了环氧树脂固化物的蜗牛纹产生。这可能是氢化蓖麻油聚氧乙烯醚一方面降低了环氧树脂固化物的表面张力，另一方面提高了填料、颜料等物质在体系中的稳定性，不易沉降，从而抑制了体系中亲水物质的迁移扩散，进一步降低了蜗牛纹的生成。当氢化蓖麻油聚氧乙烯醚的hlb值为7-9时，提高了固化产物的断裂伸长率。可能是hlb值为7-9的氢化蓖麻油聚氧乙烯醚能够较大程度地提高体系的分散性和均匀性，从而最大程度地降低了分子链间的内应力，进一步提高了环氧树脂固化产物的断裂伸长率。进一步优选，环氧树脂和固化剂的重量比为(4-6)：1。本发明发现，当软化点为58-100℃的双酚a型环氧树脂和固化剂的重量比为(4-6)：1时，得到的固化产物不仅具有较高的断裂伸长率，同时还具有较高的固化度。猜测原因是该比例下二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)与环氧树脂的结合能力强，在环氧树脂内部引入柔软的si-o键，使得高分子链段的运动和旋转更为自由，从而提高了环氧树脂固化物的断裂韧性。而且特定量的双酚a型环氧树脂和固化剂、改性高岭土之间的相容性较好，从而优化了改性高岭土的片层网状结构，进一步提升了改性高岭土对于树脂固化产物的固化度的提升效果。本发明意想不到地发现，当双酚a型环氧树脂的软化点为58-100℃，尤其是软化点为69℃的双酚a型环氧树脂能够抑制涂料的蜗牛纹产生。猜测原因可能是该条件下体系中环氧树脂和填料、固化剂等物质的相容性较好，固化产物的分子链段堆积紧密，分子链的稳定性和均匀性达到最佳，亲水物质在涂料中的迁移能力降低，从而抑制了蜗牛纹的产生。本发明第二方面提供了一种安全环保的美缝剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)a组分的制备：将环氧树脂脂90-128份，气相二氧化硅2-10份，杀菌剂1-3份，硅藻土4-7份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到a组分；(2)b组分的制备：将固化剂18-34份，木质素磺酸盐0.5-1份，聚氧乙烯醚0.5-1份，苯甲醇15-27份，颜料3-10份，无机填料8-15份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到b组分；(3)将a组分和b组分灌入双管中即得美缝剂成品。在一些优选的实施方式中，所述步骤(1)和步骤(2)搅拌的搅拌速度均为1000-1500r/min，步骤(1)和步骤(2)搅拌的时间均为10-30min。实施例实施例1.本实施例提供了一种安全环保的美缝剂，所述美缝剂由a组分和b组分组成；按照重量份计，所述a组分的原料包括环氧树脂92份，气相二氧化硅10份，杀菌剂2份，硅藻土5份。按照重量份计，所述b组分的原料包括固化剂20份，木质素磺酸盐1份，聚氧乙烯醚11份，苯甲醇18份，颜料3份，无机填料15份。所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂的软化点为69℃，购买自迈图特用化学品公司，型号为epon1001f。所述硅藻土为经过环氧硅烷表面处理的硅藻土。所述经过环氧硅烷表面处理的硅藻土的制备方法具体为：称取3g硅藻土粗料于三口瓶中，加入30ml3mol/l的硝酸，在70℃恒温水浴锅中持续搅拌8h，冷却后抽滤，用超净水洗涤至中性，80℃真空干燥8h，过150目筛，得到酸化硅藻土；用量筒量取80ml的无水乙醇于250ml的锥形瓶中，然后加入4ml3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(cas号：2530-83-8)，充分溶解后，加入一定量的酸化硅藻土。最后放入水浴恒温振荡器中70℃反应24h，冷却后，抽滤，用无水乙醇反复洗涤，以除去多余的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。再用超纯水洗涤至中性，80℃真空干燥8h，过150目筛，得到经过环氧硅烷表面处理的硅藻土。所述固化剂为间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺，间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的重量比为3：1。间苯二甲胺的cas号为1477-55-0，3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺的cas号为100079-24-1。所述无机填料为乙氧基硅烷改性高岭土。所述改性方法为：将1g高岭土加入到20ml甲苯中超声分散，然后加入0.2g乙氧基硅烷，超声混合5min，90℃恒温反应6h，反应液常温12000r/min离心分离得到改性高岭土粗料，再次超声5次，真空干燥研磨过筛，得到乙氧基硅烷改性高岭土。所述高岭土购买自苏州市相城区恒达高岭土材料厂，目数为1500目。所述乙氧基硅烷为二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺；二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷的cas号为7538-44-5，n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)苯胺的cas号为18418-79-6。二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)的重量比例为4：1。所述聚氧乙烯醚为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚，hlb值为7.5，购买自佳化化学股份有限公司，型号为el-12。所述气相二氧化硅购买自青岛金兰化工有限公司，目数为2000目。所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠，购买自济南裕沅生物科技有限公司。所述颜料为镉黄，购买自上海文华化工专营店，型号为fp102。所述杀菌剂为纳米银，购买自南宫市中洲合金材料有限公司，目数为200目。所述美缝剂的制备方法具体步骤包括：(1)a组分的制备：将环氧树脂92份，气相二氧化硅10份，杀菌剂2份，硅藻土5份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到a组分；(2)b组分的制备：将固化剂20份，木质素磺酸盐1份，聚氧乙烯醚11份，苯甲醇18份，颜料3份，无机填料15份搅拌混合均匀，真空脱泡，得到b组分；(3)将a组分和b组分灌入双管中即得美缝剂成品。所述步骤(1)和步骤(2)搅拌的搅拌速度均为1200r/min，步骤(1)和步骤(2)搅拌的时间均为15min。对比例1.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂的软化点为120℃，购买自迈图特用化学品公司，型号为epon1009f。对比例2.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述无机填料为高岭土，未经过改性。对比例3.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述乙氧基硅烷为二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷。对比例4.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述二(2-羟基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和n,n-二甲基-4-(三乙氧基硅烷基)的重量比例为1：1。对比例5.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述聚氧乙烯醚为氢化蓖麻油聚氧乙烯醚，hlb值为14，购买自佳化化学股份有限公司，型号为el-40。对比例6.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚，hlb值为8，购买自桑达化工(南通)有限公司。对比例7.一种安全环保的美缝剂，其具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述固化剂为1,3-环己二甲胺(1,3-bac)，cas号为2579-20-6。性能测试方法玻璃化温度：将固化产物磨削得到粉末试样，在130℃恒温处理，消除应力的影响后，在ta-2400型差示扫描量热仪(dsc)上测定固化产物的玻璃化温度tg，采用n2保护，升温速度为10℃/min。固化度：将固化产物磨削得到粉末试样，然后在80℃水浴温度下，根据萃取法，按gb2576-81测定固化树脂的凝胶量，即固化度。断裂伸长率：采用lly-06e型电子式单纤强力仪测试膜样的断裂伸长率，测试时设置拉伸速度为20mm/min，夹持隔距为10mm，每个样品测试20次，结果取平均值。蜗牛纹：将实施例1和对比例1-7制得的美缝剂涂抹相同量于洁净瓷砖板上，涂刷后干燥24小时后，去离子水用羊毛刷涂布在固化产物表面，使水在固化产物表面形成条状，待水挥发干燥后目测蜗牛纹的严重程度，测试结果如表1所示，可以根据蜗牛纹的多少分为3种，没有蜗牛纹为a，1-5个为b，大于6个为c。性能测试数据表1.实施例1和对比例1-7的性能测试结果断裂伸长率％固化度％玻璃化温度℃蜗牛纹实施例116.794.2132.6a对比例114.289.6125.3b对比例28.982.490.4b对比例310.684.9105.2c对比例414.388.1121.6b对比例513.586.5121.8c对比例611.883.496.7c对比例710.284.696.3c对比实施例1和对比例1-7的结果发现，当选用软化点为58-100℃的双酚a型环氧树脂时，能够提高环氧树脂固化产物的玻璃化温度；并且其与特定组成的固定剂以及改性无机填料相互作用，得到的固化产物具有较高的断裂伸长率和固化度；同时发现，体系中添加hlb值为7-9的氢化蓖麻油聚氧乙烯醚能够在保持固化产物力学性能的同时，抑制材料表面蜗牛纹的产生。且相比于目前主流的1，3-bac等脂肪族胺固化剂，当本体系选用间苯二甲胺和3,4,5-三羟基-n-辛基苯甲酰胺配伍作用能够更有效地提升美缝剂的机械性能，耐久性能和抗黄变性，不易产生蜗牛纹，且本体系固化剂与环氧树脂，硅藻土，高岭土等物质配伍作用，显著降低了美缝剂ab组分混合后固化产物的挥发性。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页1 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