CN114085563A - 一种绿色环保胶囊释放型防污涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微胶囊防污剂、含有其的绿色环保胶囊释放型防污涂料及其制备方法。该微胶囊防污剂包括囊芯和包裹囊芯的囊壁，囊壁为双壁；双壁具有含丙烯酸聚合物的内壁和含聚多巴胺的外壁；囊芯包括防污剂和油性溶剂；防污剂选自壬酸香草酰胺、环氧甲萘醌、苯甲酸钠、吡啶硫酮锌中的至少一种。该微胶囊防污剂具有双层囊壁结构，对囊芯具有良好的包封作用，能够提高囊芯的稳定性，并且具有稳定可控的缓释速度，将其用于防污涂料的制备中，使得涂料具备优异的防污效果，能够提高涂料的防污效率和延长防污涂料的使用寿命，并且由于不含醛类物质，更加绿色、环保。

Description

一种绿色环保胶囊释放型防污涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种绿色环保胶囊释放型防污涂料及其制备方法。
背景技术
微胶囊化是一种将液滴、固体颗粒或气体化合物包裹到有机或无机壳材中的技术。微胶囊中的芯材通常以溶液、分散体或乳液的形式存在，微胶囊的外壳不仅可以为芯材提供一个物理屏障，保护敏感材料不受外部环境的影响，控制物质的释放，其壳材本身也可以为微胶囊提供多功能化的作用。近年来，微胶囊技术也得到了不断的发展，主要归因于其将不同类型的材料(如无机材料和有机材料)的特性结合起来的可能性。
随着人们对功能性涂料需求的增加，微胶囊技术也逐步得到了重视，该技术在涂料工业中具有很大的发展潜力。由于具有独特的表面结构，微胶囊通常具有优良的疏水性能，同时还可以负载防污剂从而达到防污的效果，将其应用于工业涂料中，控制微胶囊的释放速度，以提高涂料在使用过程中的防污效果。
微胶囊中的防污成分的释放速率通常和微胶囊的尺寸(如壁厚、粒径等)有关，而利用现有的技术方法制备防污微胶囊时，一般需要高温加热，并且工艺复杂，很难对微胶囊的尺寸进行精准的控制，有一些方法中还采用了有毒的醛类固化剂，环保性差。此外，得到的防污微胶囊的包覆率和防污性能也有待提高。因此，开发一种绿色环保、释放速率稳定可控、防污性能优异的胶囊释放型防污涂料具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保胶囊释放型防污涂料及其制备方法，以解决胶囊释放型防污涂料在实际使用过程中释放速率不稳定、可控性低以及防污性能不高的问题，并且该涂料绿色环保。
根据本发明的第一个方面，提供一种微胶囊防污剂，包括囊芯和包裹所述囊芯的囊壁，囊壁为双壁；
双壁具有含丙烯酸聚合物的内壁和含聚多巴胺的外壁；
囊芯包括防污剂和油性溶剂；
防污剂选自壬酸香草酰胺、环氧甲萘醌、苯甲酸钠、吡啶硫酮锌中的至少一种。
本发明提供的微胶囊防污剂具有囊芯和囊壁，其中，囊壁为双壁，包括内壁和外壁，内壁的材料为丙烯酸酯聚合物，外壁的材料为聚多巴胺，囊芯含有防污剂和油性溶剂，该微胶囊防污剂具有双层囊壁结构，对囊芯进行具有良好的包覆作用，能够有效控制囊芯材料的缓释速率。该微胶囊防污剂的囊壁在水体环境下可以水解，释放其中的囊芯，从而达到良好的防污效果。
优选地，防污剂为环氧甲萘醌。
优选地，上述微胶囊防污剂的平均粒径为100～300nm，所述囊壁的平均厚度为50～100nm。
优选地，以质量百分含量计，上述微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为60～70％。
优选地，油性溶剂选自醇类或硅油。
优选地，醇类包括正丁醇、乙醇、乙二醇中的至少一种。
优选地，硅油包括甲基硅油、羟基硅油、氨基硅油、烷氧基硅油中的至少一种。
根据本发明的第二个方面，提供一种微胶囊防污剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将防污剂、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
防污剂选自壬酸香草酰胺、环氧甲萘醌、苯甲酸钠、吡啶硫酮锌中的至少一种；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至70～90℃，反应3～6h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂。
优选地，防污剂为环氧甲萘醌。
优选地，油性溶剂选自醇类或硅油。
优选地，醇类包括正丁醇、乙醇、乙二醇中的至少一种。
优选地，硅油包括甲基硅油、羟基硅油、氨基硅油、烷氧基硅油中的至少一种。
优选地，乳化剂包括羧甲基纤维素、***明胶、明胶、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
优选地，丙烯酸酯类单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯。
优选地，引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、叔丁基过氧化氢、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰中的至少一种。
优选地，交联剂包括羟甲基树脂、多异氰酸酯、环氧树脂、金属盐类及螯合物、金属有机化合物中的至少一种。
根据本发明的第三个方面，提供一种绿色环保胶囊释放型防污涂料，包括以下重量份的组分：上述微胶囊防污剂10～20份、树脂基体30～50份、助剂1～3份、溶剂10～20份。
本方案通过将微胶囊防污剂配合树脂基体应用于防污涂料中，使得防污涂料具有优异的防污效果，防污持续时间长，并且不含醛类物质，更加绿色、环保。
优选地，助剂包括分散剂、成膜助剂、消泡剂。
优选地，分散剂为高分子聚合物分散剂。
优选地，成膜助剂包括醇酯十二、乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、丙二醇苯醚、二乙二醇单丁醚中的至少一种。
优选地消泡剂包括矿物油消泡剂、有机硅表面活性剂中的至少一种。
优选地，溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮、甲基异丁基酮中的至少一种。
根据本发明的第四个方面，提供一种绿色环保胶囊释放型防污涂料的制备方法，包括以下步骤：将树脂基体、助剂和溶剂混合后，向其中加入上述微胶囊防污剂，搅拌均匀，得到绿色环保胶囊释放型防污涂料。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的微胶囊防污剂具有双层囊壁结构，对囊芯材料具有良好的包封作用，能够稳定控制囊芯材料的缓释速度，避免囊芯材料在短时间内的大量释放，提高了囊芯的稳定性。该微胶囊防污剂在水体环境下能够水解，释放囊芯，具有优异的防污效果，并且能够提高防污效果的持续时间。
2.本发明提供的绿色环保胶囊释放型防污涂料中含有微胶囊防污剂，同时配合树脂基体使用，使得涂料具有优异的防污效果，其中的微胶囊防污剂具有稳定的缓释速度，能够提高涂料的防污效率和延长了防污涂料的使用寿命，并且具有良好的储存稳定性。此外，该防污涂料对被贴物的附着性能好，不含有毒的醛类物质，绿色环保。
3.本发明提供的微胶囊防污剂和绿色环保胶囊释放型防污涂料的制备方法简单，适合工业化应用，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供的技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。
实施例2
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至70℃，反应3h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为70％。
实施例3
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至90℃，反应6h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到所述微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为60％。
实施例4
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)壬酸香草酰胺、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中壬酸香草酰胺的负载量为65％。
实施例5
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)苯甲酸钠、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中苯甲酸钠的负载量为65％。
实施例6
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)吡啶硫酮锌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中吡啶硫酮锌的负载量为65％。
对比例1
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。
对比例2
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向乳化液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。
对比例3
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至80℃，反应4.5h，冷却，得到混合液；
(3)向混合液中加入丙烯酸酯类单体，升温至70℃，反应3h，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。
对比例4
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入多巴胺盐酸盐，搅拌均匀，得到混合液；
(3)向混合液中加入多巴胺盐酸盐，搅拌均匀，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。
对比例5
一种微胶囊防污剂，制备方法包括以下步骤：
(1)环氧甲萘醌、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
(2)将乳化液的pH值调节至8～9，向乳化液中加入多巴胺盐酸盐，得到混合液；
(3)向混合液中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，升温至70℃，反应3h，得到微胶囊防污剂；
其中，以质量百分含量计，微胶囊防污剂中环氧甲萘醌的负载量为65％。实施例7～12和对比例6～10
一种绿色环保胶囊释放型防污涂料，其组分如表1所示，制备方法包括以下步骤：按照重量份数计算，将树脂基体30～50份、助剂1～3份、溶剂10～20份混合后，向其中加入实施例1～6和对比例1～5制备得到的微胶囊防污剂10～20份，搅拌均匀，得到绿色环保胶囊释放型防污涂料。
表1绿色环保胶囊释放型防污涂料的组分
Figure BDA0003439085300000071
Figure BDA0003439085300000081
测试例
1.实验构建方式
本测试例的参试对象为实施例7～12和对比例6～10所制得的绿色环保胶囊释放型防污涂料，对涂料中的微胶囊防污剂的缓释性能以及涂料的各项性能进行测试。
(1)涂料中的微胶囊防污剂的缓释性能测试
将涂料制成样板，将样板挂在模拟海水中测定微胶囊防污剂的释放速率。
(2)涂料的各项性能测试
①表干时间
参照国家标准GB/T 1728-1979；
②附着力
参照国家标准GB/T 9286-1998；
③海洋生物附着率
参照国家标准GB/T5370-2007《防污漆样板浅海浸泡实验方法》，具体操作步骤如下：将实施例7～12和对比例6～10的绿色环保胶囊释放型防污涂料涂刷在长为250mm、宽为150mm、厚度为2mm的低碳钢板试验样板上，涂膜厚度80～150μm。将实验样板挂在模拟海水中，并在第1、3、6、12、18、24个月后各检测一次，计算海洋生物在实验样板上的附着率。
2.实验结果
(1)涂料中的微胶囊防污剂的缓释性能
表2涂料中的微胶囊防污剂的释放速率
Figure BDA0003439085300000091
实施例7～12和对比例6～10所制得绿色环保胶囊释放型防污涂料在形成涂层后，其中的微胶囊防污剂的释放速率结果如表2所示。由表2可知，本发明提供的绿色环保胶囊释放型防污涂料中含有微胶囊防污剂，该微胶囊防污剂具有双层囊壁结构，能够对含有防污剂的囊芯进行包封，能够稳定控制囊芯材料的释放速度，避免囊芯材料在短时间内大量释放，提高了囊芯的稳定性，延长了防污涂料的使用寿命。
(2)涂料的各项性能
表3绿色环保胶囊释放型防污涂料的各项性能
Figure BDA0003439085300000092
Figure BDA0003439085300000101
实施例7～12和对比例6～10的绿色环保胶囊释放型防污涂料的各项性能测试结果如表3所示。由表3可知，本发明提供的防污涂料中由于含有微胶囊防污剂，使得海洋微生物(污损生物)无法附着在上面，赋予涂料优异的防污效果，并且具有稳定的缓释速率，能够提高涂料的防污效率，同时延长防污涂料的使用寿命，并且表干时间短，对被贴物具有良好的附着力，不含醛类物质，更加绿色环保。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微胶囊防污剂，其特征在于，包括囊芯和包裹所述囊芯的囊壁，所述囊壁为双壁；
所述双壁具有含丙烯酸聚合物的内壁和含聚多巴胺的外壁；
所述囊芯包括防污剂和油性溶剂；
所述防污剂选自壬酸香草酰胺、环氧甲萘醌、苯甲酸钠、吡啶硫酮锌中的至少一种。
2.如权利要求1所述微胶囊防污剂，其特征在于：所述防污剂为环氧甲萘醌。
3.如权利要求1所述微胶囊防污剂，其特征在于：所述微胶囊防污剂的平均粒径为100～300nm，所述囊壁的平均厚度为50～100nm。
4.如权利要求2所述微胶囊防污剂，其特征在于：以质量百分含量计，所述微胶囊防污剂中所述环氧甲萘醌的负载量为60～70％。
5.如权利要求1所述微胶囊防污剂，其特征在于：所述油性溶剂选自醇类或硅油，所述醇类包括正丁醇、乙醇、乙二醇中的至少一种，所述硅油包括甲基硅油、羟基硅油、氨基硅油、烷氧基硅油中的至少一种。
6.一种微胶囊防污剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将防污剂、油性溶剂混合均匀，并加入乳化剂进行乳化，得到乳化液；
所述防污剂选自壬酸香草酰胺、环氧甲萘醌、苯甲酸钠、吡啶硫酮锌中的至少一种；
(2)将所述乳化液的pH值调节至8～9，向其中加入丙烯酸酯类单体、引发剂和交联剂，加热至70～90℃，反应3～6h，冷却，得到混合液；
(3)向所述混合液中加入多巴胺盐酸盐，进行氧化自聚合反应，得到所述微胶囊防污剂。
7.如权利要求6所述微胶囊防污剂的制备方法，其特征在于：所述乳化剂包括羧甲基纤维素、***明胶、明胶、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
8.如权利要求6所述微胶囊防污剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸酯类单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯；
所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、叔丁基过氧化氢、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰中的至少一种；
所述交联剂包括羟甲基树脂、多异氰酸酯、环氧树脂、金属盐类及螯合物、金属有机化合物中的至少一种。
9.一种绿色环保胶囊释放型防污涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：如权利要求1～5任意一项所述微胶囊防污剂10～20份、树脂基体30～50份、助剂1～3份、溶剂10～20份。
10.如权利要求9所述绿色环保胶囊释放型防污涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述树脂基体、所述助剂和所述溶剂混合后，向其中加入所述微胶囊防污剂，搅拌均匀，得到所述绿色环保胶囊释放型防污涂料。
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