CN102627898A - 一种开放时间较长的水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开放时间较长的水性涂料及其制备方法，主要由二乙醇胺、甲醇钠、葵花油、磷酸、二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、1，4-环已烷二甲醇、甲氧基聚乙二醇、甲苯二异氰酸酯、二丙二醇甲醚、二甲基乙醇胺、表面活性剂、10水硼砂、12.5%的过硫酸铵溶液、润湿剂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、12.5%的氨水、二氧化钛和去离子水组成，首先按配方制得异氰酸酯基聚氨酯预聚物和丙烯酸类聚物，然后将两者混合即可。本发明能够得到VOC含量低，无毒，且具有较长开放时间和湿边时间的水性涂料，有助于乳液表面流平、涂层中气泡的排逸以及涂层中分散物的定向排列，得到比较好的成膜效果。

Description

一种开放时间较长的水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性涂料及其制备方法，尤其涉及一种开放时间与湿边时间较长的水性涂料。

背景技术

涂料的开放时间是表征涂料成膜性能的一个至关重要的参数，它是指从乳液被涂布到基材开始到湿膜形成，乳液在涂膜表面呈不能自由流动状态所经历的一段时间。如果涂膜开放时间较短，则涂层表面的刷痕在短时间内不能流平，造成干膜后涂层的表面起伏不平，影响成膜形态，因此，充足的开放时间有助于乳液表面流平、涂层中气泡的排逸以及涂层中分散物的定向排列。目前有机溶剂基涂料的开放时间可达到45分钟，湿边时间可达到25分钟，而水性涂料的开放时间仅为15分钟，湿边时间约为2-6分钟，严重影响了水性涂料的推广应用。

为缓解上述问题，一种方法是在水性涂料中添加有机添加剂，控制涂漆的流动性和延长液体的蒸发时间，但是，只有当有机添加剂的量达到涂料总体积的25%时，才能明显延长涂料的开放时间与湿边时间，而增加的有机添加剂会增加涂料组合中VOC的总含量，随着限制涂料中VOC允许含量的规定越来越严，常需减少有机添加剂，由此导致开放时间与湿边时间缩短。另一种方法是在水性涂料中添加亲水性化合物，以减缓水分的蒸发，在这种情况下，水分的蒸发率依然是决定涂料开放时间长度的主要因素。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明专利的目的是提供一种开发时间较长的水性涂料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明专利所采用的技术方案为：一种开放时间较长的水性涂料，其特征在于：按照质量百分比包括如下组分：

二乙醇胺                                          20-25

甲醇钠                                           0.2-0.3

葵花油                                          120-125

磷酸                                            0.15-0.2

二羟甲基丙酸                                       1.8-2

N-甲基吡咯烷酮                                     9-10

1，4-环已烷二甲醇                                   0.8-1

甲氧基聚乙二醇                                     1.5-2

甲苯二异氰酸酯                                    9.5-10

二丙二醇甲醚                                       5-5.5

二甲基乙醇胺                                       1-1.5

表面活性剂                                        13-15

10水硼砂                                          0.5-1

12.5%的过硫酸铵溶液                              2.5-3.5

润湿剂                                             0.5-1

甲基丙烯酸甲酯                                    50-55

丙烯酸丁酯                                        40-45

丙烯酸                                            1.5-2

12.5%的氨水                                       1.5-2

二氧化钛                                          10-15

去离子水                                          100。

其制备方法为：步骤1：在反应釜中加入二乙醇胺20-25g、甲醇钠0.2-0.3g，将混合物加热至100摄氏度，待甲醇钠完全溶解后，在氮气保护下，加入葵花油120-125g，搅拌并加热，使混合物温度保持在100-110摄氏度，采用滴定法对混合物中的残余胺含量进行测量，当二乙醇胺的转化率达到80-85%时停止搅拌，并将溶液冷却到65-70摄氏度，加入磷酸0.15-2g，保持15-20min，然后冷却至室温备用；

步骤2：在氮气保护下，在反应釜中加入二羟甲基丙酸1.8-2g、N-甲基吡咯烷酮9-10g，1，4-环已烷二甲醇0.8-1g，甲氧基聚乙二醇1.5-2g，步骤1制得到醇酸树脂混合物25-30g，对混合物进行搅拌直到得到透明溶液，保持混合物温度为50-55摄氏度，加入甲苯二异氰酸酯9.5-10g，加热混合物至80-85摄氏度，持续搅拌60-70min将得到的异氰酸酯基聚氨酯预聚物冷却至70-75摄氏度，加入二丙二醇甲醚5-5.5g对预聚物进行稀释，然后加入二甲基乙醇胺1-1.5g，搅拌15-20min，加入去离子水15-20g，将混合物冷却至55-60摄氏度，搅拌15-20min；

步骤3：取步骤二合成的55-60摄氏度的预分散物，加入45-50摄氏度的去离子水75-80g，搅拌15-20min后静置60-70min，冷却至室温，过滤后备用；

步骤4：在三颈圆底烧瓶中加入去离子水65-70g、表面活性剂4-5g、10水硼砂0.5-0.8g，加热混合物至80-85摄氏度，并搅拌均匀后，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.5-2g；

步骤5：在滴斗中，加入去离子水15-20g、表面活性剂9-10g、润湿剂0.5-0.8g、10水硼砂0.1-0.2g、甲基丙烯酸甲酯50-55g、丙烯酸丁酯40-45g和丙烯酸1.5-2g，搅拌后制成预乳液，取1/5的预乳液加入到三颈圆底烧瓶中，加热至80-85摄氏度，保持5-10min，剩余的预乳液用160-170min滴入三颈圆底烧瓶中，温度保持在85-90摄氏度，在滴入预乳液的前15min，加入12.5%的过硫酸铵溶液1-1.5g，预乳液滴入完毕后，在80-85摄氏度下保持30-40min，冷却至室温，用浓度为12.5%的氨水调节PH值至8-8.5；

步骤6：将步骤3制得的异氰酸酯基聚氨酯预聚物加入到步骤5制得的丙烯酸类聚物中，室温下搅拌30-40min，加入二氧化钛10-15g，润湿剂0.1-0.2g，室温下搅拌30-40min即可。

本发明的有益效果为：由于体系中含多异氰酸酯（含-NCO基团）和低聚物多元醇（含-OH基团），因此形成的预聚体具有良好的水溶性。本配方合成的醇酸树脂乳液的中存在双键，可以在空气中被氧化而发生自交联，因此，其干燥时间较长，涂料的开放时间和湿边时间不再受水分蒸发的限制，可以获得较长的开放时间和湿边时间。本配方中使用的葵花油属于半干性油，制成的树脂能够得到较高的光泽和较大的硬度，还可以避免由于碘值低干燥时间过长和碘值高树脂易变色等缺陷。本配方中采用的10水硼砂，溶于水后产生的                                               能与涂料中的醇基（-OH基团）进行缩反应，并且脱去水分子，使得醇基分子交联在一起，而形成具有一定交联密度的网状结构，起到保水和减阻效果，延长涂料的开放时间和湿边时间。

采用本发明方案能够得到VOC含量低，无毒，且具有较长开放时间和湿边时间的水性涂料，有助于乳液表面流平、涂层中气泡的排逸以及涂层中分散物的定向排列，得到比较好的成膜效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容。

实施例1

步骤1：在反应釜中加入二乙醇胺20g、甲醇钠0.2g，将混合物加热至100摄氏度，待甲醇钠完全溶解后，在氮气保护下，加入葵花油120g，搅拌并加热，使混合物温度保持在100摄氏度，采用滴定法对混合物中的残余胺含量进行测量，当二乙醇胺的转化率达到80%时停止搅拌，并将溶液冷却到65摄氏度，加入磷酸0.15g，保持15min，然后冷却至室温备用；

步骤2：在氮气保护下，在反应釜中加入二羟甲基丙酸1.8g、N-甲基吡咯烷酮9g，1，4-环已烷二甲醇0.8g，甲氧基聚乙二醇1.5g，步骤1制得到醇酸树脂混合物25g，对混合物进行搅拌直到得到透明溶液，保持混合物温度为50摄氏度，加入甲苯二异氰酸酯9.5g，加热混合物至80摄氏度，持续搅拌60min将得到的异氰酸酯基聚氨酯预聚物冷却至70摄氏度，加入二丙二醇甲醚5g对预聚物进行稀释，然后加入二甲基乙醇胺1g，搅拌15min，加入去离子水15g，将混合物冷却至55摄氏度，搅拌15min；

步骤3：取步骤二合成的55摄氏度的预分散物，加入45摄氏度的去离子水75g，搅拌15min后静置60min，冷却至室温，过滤后备用；

步骤4：在三颈圆底烧瓶中加入去离子水65g、表面活性剂4g、10水硼砂0.5g，加热混合物至80摄氏度，并搅拌均匀后，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.5g；

步骤5：在滴斗中，加入去离子水15g、表面活性剂9g、润湿剂0.5g、10水硼砂0.1g、甲基丙烯酸甲酯50g、丙烯酸丁酯40g和丙烯酸1.5g，搅拌后制成预乳液，取1/5的预乳液加入到三颈圆底烧瓶中，加热至80摄氏度，保持5min，剩余的预乳液用160min滴入三颈圆底烧瓶中，温度保持在85摄氏度，在滴入预乳液的前15min，加入12.5%的过硫酸铵溶液1g，预乳液滴入完毕后，在80摄氏度下保持30min，冷却至室温，用浓度为12.5%的氨水调节PH值至8；

步骤6：将步骤3制得的异氰酸酯基聚氨酯预聚物加入到步骤5制得的丙烯酸类聚物中，室温下搅拌30min，加入二氧化钛10g，润湿剂0.1g，室温下搅拌30min即可。

实施例2

步骤1：在反应釜中加入二乙醇胺22g、甲醇钠0.25g，将混合物加热至100摄氏度，待甲醇钠完全溶解后，在氮气保护下，加入葵花油122g，搅拌并加热，使混合物温度保持在105摄氏度，采用滴定法对混合物中的残余胺含量进行测量，当二乙醇胺的转化率达到82%时停止搅拌，并将溶液冷却到67摄氏度，加入磷酸0.17g，保持17min，然后冷却至室温备用；

步骤2：在氮气保护下，在反应釜中加入二羟甲基丙酸1.9 g、N-甲基吡咯烷酮9.5g，1，4-环已烷二甲醇0.9g，甲氧基聚乙二醇1.7g，步骤1制得到醇酸树脂混合物27g，对混合物进行搅拌直到得到透明溶液，保持混合物温度为52摄氏度，加入甲苯二异氰酸酯9.7g，加热混合物至82摄氏度，持续搅拌65min将得到的异氰酸酯基聚氨酯预聚物冷却至72摄氏度，加入二丙二醇甲醚5.3g对预聚物进行稀释，然后加入二甲基乙醇胺1.3g，搅拌17min，加入去离子水17g，将混合物冷却至57摄氏度，搅拌17min；

步骤3：取步骤二合成的57摄氏度的预分散物，加入47摄氏度的去离子水77g，搅拌17min后静置65min，冷却至室温，过滤后备用；

步骤4：在三颈圆底烧瓶中加入去离子水67g、表面活性剂4.5g、10水硼砂0.65g，加热混合物至82摄氏度，并搅拌均匀后，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.75g；

步骤5：在滴斗中，加入去离子水17g、表面活性剂9.5g、润湿剂0.65g、10水硼砂0.15g、甲基丙烯酸甲酯52.5g、丙烯酸丁酯42.5g和丙烯酸1.75g，搅拌后制成预乳液，取1/5的预乳液加入到三颈圆底烧瓶中，加热至82摄氏度，保持7min，剩余的预乳液用165min滴入三颈圆底烧瓶中，温度保持在87摄氏度，在滴入预乳液的前15min，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.25g，预乳液滴入完毕后，在82摄氏度下保持35min，冷却至室温，用浓度为12.5%的氨水调节PH值至8.5；

步骤6：将步骤3制得的异氰酸酯基聚氨酯预聚物加入到步骤5制得的丙烯酸类聚物中，室温下搅拌35min，加入二氧化钛12.5g，润湿剂0.15g，室温下搅拌35min即可。

实施例3

步骤1：在反应釜中加入二乙醇胺25g、甲醇钠0.3g，将混合物加热至100摄氏度，待甲醇钠完全溶解后，在氮气保护下，加入葵花油125g，搅拌并加热，使混合物温度保持在110摄氏度，采用滴定法对混合物中的残余胺含量进行测量，当二乙醇胺的转化率达到85%时停止搅拌，并将溶液冷却到70摄氏度，加入磷酸2g，保持20min，然后冷却至室温备用；

步骤2：在氮气保护下，在反应釜中加入二羟甲基丙酸2g、N-甲基吡咯烷酮10g，1，4-环已烷二甲醇1g，甲氧基聚乙二醇2g，步骤1制得到醇酸树脂混合物30g，对混合物进行搅拌直到得到透明溶液，保持混合物温度为55摄氏度，加入甲苯二异氰酸酯10g，加热混合物至85摄氏度，持续搅拌70min将得到的异氰酸酯基聚氨酯预聚物冷却至75摄氏度，加入二丙二醇甲醚5.5g对预聚物进行稀释，然后加入二甲基乙醇胺1.5g，搅拌20min，加入去离子水20g，将混合物冷却至60摄氏度，搅拌20min；

步骤3：取步骤二合成的60摄氏度的预分散物，加入50摄氏度的去离子水80g，搅拌20min后静置70min，冷却至室温，过滤后备用；

步骤4：在三颈圆底烧瓶中加入去离子水70g、表面活性剂5g、10水硼砂0.8g，加热混合物至85摄氏度，并搅拌均匀后，加入12.5%的过硫酸铵溶液2g；

步骤5：在滴斗中，加入去离子水20g、表面活性剂10g、润湿剂0.8g、10水硼砂0.2g、甲基丙烯酸甲酯55g、丙烯酸丁酯45g和丙烯酸2g，搅拌后制成预乳液，取1/5的预乳液加入到三颈圆底烧瓶中，加热至85摄氏度，保持10min，剩余的预乳液用170min滴入三颈圆底烧瓶中，温度保持在90摄氏度，在滴入预乳液的前15min，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.5g，预乳液滴入完毕后，在85摄氏度下保持40min，冷却至室温，用浓度为12.5%的氨水调节PH值至8.5；

步骤6：将步骤3制得的异氰酸酯基聚氨酯预聚物加入到步骤5制得的丙烯酸类聚物中，室温下搅拌40min，加入二氧化钛15g，润湿剂0.2g，室温下搅拌40min即可。

Claims (2)

1.一种开放时间较长的水性涂料，其特征在于：按照质量百分比包括如下组分：

二乙醇胺                                          20-25

甲醇钠                                           0.2-0.3

葵花油                                          120-125

磷酸                                            0.15-0.2

二羟甲基丙酸                                       1.8-2

N-甲基吡咯烷酮                                     9-10

1，4-环已烷二甲醇                                   0.8-1

甲氧基聚乙二醇                                     1.5-2

甲苯二异氰酸酯                                    9.5-10

二丙二醇甲醚                                       5-5.5

二甲基乙醇胺                                       1-1.5

表面活性剂                                        13-15

10水硼砂                                          0.5-1

12.5%的过硫酸铵溶液                              2.5-3.5

润湿剂                                             0.5-1

甲基丙烯酸甲酯                                    50-55

丙烯酸丁酯                                        40-45

丙烯酸                                            1.5-2

12.5%的氨水                                       1.5-2

二氧化钛                                          10-15

去离子水                                          100。

2.一种权利要求1所述水性涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在反应釜中加入二乙醇胺20-25g、甲醇钠0.2-0.3g，将混合物加热至100摄氏度，待甲醇钠完全溶解后，在氮气保护下，加入葵花油120-125g，搅拌并加热，使混合物温度保持在100-110摄氏度，采用滴定法对混合物中的残余胺含量进行测量，当二乙醇胺的转化率达到80-85%时停止搅拌，并将溶液冷却到65-70摄氏度，加入磷酸0.15-2g，保持15-20min，然后冷却至室温备用；

步骤2：在氮气保护下，在反应釜中加入二羟甲基丙酸1.8-2g、N-甲基吡咯烷酮9-10g，1，4-环已烷二甲醇0.8-1g，甲氧基聚乙二醇1.5-2g，步骤1制得到醇酸树脂混合物25-30g，对混合物进行搅拌直到得到透明溶液，保持混合物温度为50-55摄氏度，加入甲苯二异氰酸酯9.5-10g，加热混合物至80-85摄氏度，持续搅拌60-70min将得到的异氰酸酯基聚氨酯预聚物冷却至70-75摄氏度，加入二丙二醇甲醚5-5.5g对预聚物进行稀释，然后加入二甲基乙醇胺1-1.5g，搅拌15-20min，加入去离子水15-20g，将混合物冷却至55-60摄氏度，搅拌15-20min；

步骤3：取步骤二合成的55-60摄氏度的预分散物，加入45-50摄氏度的去离子水75-80g，搅拌15-20min后静置60-70min，冷却至室温，过滤后备用；

步骤4：在三颈圆底烧瓶中加入去离子水65-70g、表面活性剂4-5g、10水硼砂0.5-0.8g，加热混合物至80-85摄氏度，并搅拌均匀后，加入12.5%的过硫酸铵溶液1.5-2g；

步骤5：在滴斗中，加入去离子水15-20g、表面活性剂9-10g、润湿剂0.5-0.8g、10水硼砂0.1-0.2g、甲基丙烯酸甲酯50-55g、丙烯酸丁酯40-45g和丙烯酸1.5-2g，搅拌后制成预乳液，取1/5的预乳液加入到三颈圆底烧瓶中，加热至80-85摄氏度，保持5-10min，剩余的预乳液用160-170min滴入三颈圆底烧瓶中，温度保持在85-90摄氏度，在滴入预乳液的前15min，加入12.5%的过硫酸铵溶液1-1.5g，预乳液滴入完毕后，在80-85摄氏度下保持30-40min，冷却至室温，用浓度为12.5%的氨水调节PH值至8-8.5；

步骤6：将步骤3制得的异氰酸酯基聚氨酯预聚物加入到步骤5制得的丙烯酸类聚物中，室温下搅拌30-40min，加入二氧化钛10-15g，润湿剂0.1-0.2g，室温下搅拌30-40min即可。