一种生物基涂料及其制备方法与应用与流程

本发明属于涂料，具体涉及一种生物基涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着人类对环境保护意识的不断提高，绿色环保的水性涂料已经成为涂料市场的重要组成部分，水性涂料以水替代了有机溶剂，避免了溶剂型涂料所产生的挥发性有机化合物污染。传统水性涂料所使用的乳液主要以石油资源等不可再生资源为原材料进行合成，如今有研究使用植物生物质资源和可再生废弃物资源等生物质资源为原材料制得新型的生物质乳液，可现阶段的生物质乳液制得的生物基涂料存在低温稳定性差、成膜性差、漆膜耐洗刷、耐沾污不足的缺陷的问题，需要进一步添加成膜助剂和抗冻融助剂，但漆膜耐洗刷、耐沾污不足的缺陷的问题亟需解决。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种生物基涂料。本发明的目的之二在于提供上述生物基涂料的制备方法。本发明的目的之三在于提供上述生物基涂料的应用。本发明主要针对现有的生物基涂料存在的储存稳定性差、成膜性差和漆膜耐洗刷、耐沾污不足的问题，通过在涂料配方中使用一种稳定性好、成膜温度低的新型生物基乳液，并添加改性纳米纤维素醚，无需成膜助剂和抗冻融助剂，并可以有效降低挥发性有机物(vocs)原料的使用，使制得的生物基涂料具有高稳定性、强成膜性、高耐擦洗及高耐污的特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明的第一方面提供了一种生物基涂料，包括如下质量份的原料：植物油改性纤维素醚0.2-1份、填料20-40份、颜料5-15份、助剂0.5-2.5份、生物基乳液20-40份、水20-40份。

4、优选地，所述植物油改性纤维素醚是由包括如下步骤的制备方法制得：

5、s1、将生物质原料与纤维素酶混合并进行反应，反应产物经灭活和研磨后得到纳米纤维素；

6、s2、所述纳米纤维素经碱化和醚化后得到纳米纤维素醚；

7、s3、将所述纳米纤维素醚与植物油和溴代烷进行反应，制得植物油改性纤维素醚。

8、更优选地，步骤s1中，所述生物质原料选自木浆或竹浆。

9、更优选地，步骤s1中，所述纤维素酶选自1,4-β-d-内切葡聚糖酶、1,4-β-d-外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶中的一种或多种。进一步优选地，所述纤维素酶选用1,4-β-d-内切葡聚糖酶和1,4-β-d-外切葡聚糖酶。更进一步优选地，所述1,4-β-d-内切葡聚糖酶和1,4-β-d-外切葡聚糖酶的质量比为1：(0.7-1.5)。

10、更优选地，步骤s1中，所述纤维素酶的酶活力与生物质原料的质量之比为(100-500)u：1g。进一步优选地，所述纤维素酶的酶活力与生物质原料的质量之比为(100-300)u：1g。

11、更优选地，步骤s1中，所述反应的反应温度为40-60℃；反应时间为3-5h。进一步优选地，所述反应的反应温度为45-55℃；反应时间为3.5-4.5h。

12、更优选地，步骤s1中，所述灭活的温度为90-150℃。

13、更优选地，步骤s1中，所述纳米纤维素的长度＜2000nm，直径＜100nm。进一步优选地，所述纳米纤维素的长度为500-1000nm，直径为20-50nm。

14、更优选地，步骤s2中，所述碱化具体为：将纳米纤维素浸渍在碱液中进行碱化。进一步优选地，所述碱液为1-3mol/l的氢氧化钠水溶液。

15、更优选地，步骤s2中，所述醚化具体为：将碱化后的纳米纤维素与异丙醇进行醚化反应，制得纳米纤维素醚。

16、更优选地，步骤s3中，所述植物油选自大豆油、棕榈油、菜籽油中的至少一种。

17、更优选地，步骤s3中，所述植物油和纳米纤维素醚的质量比为(0.1-1)：1。

18、更优选地，步骤s3中，所述反应的反应温度为80-100℃；反应时间为4-8h。

19、优选地，所述植物油改性纤维素醚的长度＜2000nm。更优选地，所述植物油改性纤维素醚的长度为500-1000nm。

20、优选地，所述植物油改性纤维素醚的直径＜100nm。更优选地，所述植物油改性纤维素醚的直径为20-50nm。

21、优选地，所述植物油改性纤维素醚的取代度为0.5-3.5。

22、优选地，所述生物基乳液为生物基丙烯酸乳液。

23、更优选地，所述生物基乳液是由生物基丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯等单体乳化聚合而成生物基丙烯酸酯乳液，其固含值为40％-58％，生物基含量20％-30％，ph至8-9，玻璃化转变温度为-25℃-0℃。

24、进一步优选地，所述生物基乳液选用巴德富rs-769、rs-779、rs-789中的一种。

25、优选地，所述填料选自重钙、轻钙、滑石粉、高岭土中的一种或多种。

26、更优选地，所述重钙的碳酸钙含量≥98％，白度为90％-95％，粒径为600-1000目。

27、优选地，所述助剂包括分散剂、消泡剂、防腐剂、增稠剂和ph调节剂。

28、更优选地，所述分散剂选自聚羧酸钠盐和/或聚羧酸铵盐。进一步优选地，所述分散剂选用圣诺普科、陶氏化学的sn-504、ads2500、ads1288等中的一种或多种复配。

29、更优选地，所述消泡剂选自种聚硅氧烷、聚醚改性二甲基硅氧烷、聚合物复合矿物油中的一种或多种。进一步优选地，所述消泡剂选自圣诺普科sn-154、巴斯夫的st 2410ag、nxz中的一种或多种复配。

30、更优选地，所述防腐剂选自5-氯-2-甲基异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。进一步优选地，所述防腐剂选自托尔acticide lpc5、acticide cbm 2、acticide bw20中的一种或多种。

31、更优选地，所述增稠剂为水性非离子改性聚氨酯类增稠剂。进一步优选地，所述增稠剂选自rm-8w、rm-5000、rm-2020等中的一种或者多种。

32、更优选地，所述ph调节剂选自于二乙醇胺、丁基二乙二胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇中的一种或多种。

33、本发明第二方面提供了第一方面所述生物基涂料的制备方法，包括如下步骤：将各原料进行混合，制得所述生物基涂料。

34、优选地，包括如下步骤：先将水、植物油改性纳米纤维素、分散剂、部分助剂、填料、颜料依次加入分散缸内，以800-1200rpm转速分散，转速调至中速，再将生物基乳液、剩余助剂依次加入，以500-800rpm转速分散，制备成生物基涂料。

35、本发明第三方面提供了第一方面所述生物基涂料在建筑中的应用。

36、优选地，所述生物基涂料在内墙涂料中的应用。

37、本发明的有益效果是：

38、本发明提供了一种高环保、耐洗刷好、抗污能力强的生物基涂料，其使用的原料均为零vocs的水性环保原料，且乳液使用了一种新型的生物基乳液，使用由生物发酵、化学降解或转化制备的含不饱和烯烃的长碳链生物基丙烯酸烷基酯替代石油转化的乳液单体进行聚合，可以使玻璃化转变温度拓宽，成膜温度更低，且长碳链分子结构更加紧密，包裹性更强，可以在不使用成膜助剂和抗冻融助剂的情况下，也能具有很好的成膜性和低温稳定性；纤维素醚使用了一种通过生物酶解构、植物油改性的纳米纤维素，相较于传统的纤维素醚，更具有生产过程环保低能耗、原料可再生的优点，其细长的结构及同时具有亲水亲油端的结构可以进一步提升涂料的耐洗刷性能及抗污能力。本发明制备的这种生物基涂料，相比现有的涂料，原料具有绿色、环保、节能减碳的优势，性能上也具有耐洗刷性能强、抗污能力强的特点，可应用于内墙涂料领域。