发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种单组分自磷化防锈丙烯酸乳液及其制备方法,采用环氧单丙烯酸酯、丙烯酸磷酸酯为功能单体,配以相关丙烯酸单体,进行自由基聚合得到,通过该乳液配制的清漆在80℃烘烤20min下,涂膜附着力0级,耐盐雾1000h。
本发明的另一个目的在于提供了一种用于汽车钢板弹簧的单组分水性防锈漆,克服目前汽车钢板弹簧涂装过程中‘落地回料’不能重复利用、缺少表面磷化处理工序的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:单组分自磷化防锈丙烯酸乳液,其特征在于包括有包括由下述反应得到的产物:
1)取乳化剂0.8~3份和去离子水8~10份在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入单体A 38~45份、甲基丙烯酸1~3份、环氧单丙烯酸酯1~4份和丙烯酸磷酸酯 1~5份,采用中和剂进行中和pH6~8后得到单体预乳液;
2)取去离子水25~35份、乳化剂0.02~0.1份和碳酸氢钠0.1~0.15份加入反应器,搅拌升温至80℃得到底料;
3)取引发剂0.2-0.4份溶解于去离子水10-15份中配制成引发剂溶液,向步骤2)所得底料中加入引发剂溶液总质量的10%-18%和步骤1)所得单体预乳液重量的10%-15%,升温至85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液和引发剂溶液,反应3~4小时,滴完后保温1小时;
5)降温至60~70℃,取去离子水2-4份稀释叔丁基过氧化氢0.05-0.2份后加入到反应器中,然后取去离子水2-4份稀释雕白粉0.05-0.2份后加入到反应器,保温0.5小时,冷却至室温,采用中和剂进行中和pH值到7.5~8,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
单组分自磷化防锈丙烯酸乳液的制备方法,其特征在于包括有以下步骤:
1)取乳化剂0.8~3份和去离子水8~10份在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入单体A 38~45份、甲基丙烯酸1~3份、环氧单丙烯酸酯1~4份和丙烯酸磷酸酯 1~5份,采用中和剂进行中和pH6~8后得到单体预乳液;
2)取去离子水25~35份、乳化剂0.02~0.1份和碳酸氢钠0.1~0.15份加入反应器,搅拌升温至80℃得到底料;
3)取引发剂0.2-0.4份溶解于去离子水10-15份中配制成引发剂溶液,向步骤2)所得底料中加入引发剂溶液总质量的10%-18%和步骤1)所得单体预乳液重量的10%-15%,升温至85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液和引发剂溶液,反应3~4小时,滴完后保温1小时;
5)降温至60~70℃,取去离子水2-4份稀释叔丁基过氧化氢0.05-0.2份后加入到反应器中,然后取去离子水2-4份稀释雕白粉0.05-0.2份后加入到反应器,保温0.5小时,冷却至室温,采用中和剂进行中和pH值到7.5~8,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
按上述方案,所述的乳化剂为烷基酚磷酸酯阴离子乳化剂RE-610、磷酸酯非离子乳化剂PS-630、1-丙烯氧基-2-羟基丙烷磺酸钠cops-1、丙烯酸聚醚磷酸酯、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠和烯丙基烷基酚聚醚AE-200中的一种或多种的组合。
按上述方案,所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的任意一种。
按上述方案,所述的中和剂为氨水、三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的任意一种或两种的组合。
按上述方案,所述单体A为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、叔碳酸乙烯酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种与丙烯酸丁酯的混合物。
按上述方案,所述的环氧单丙烯酸酯的制备方法是,按摩尔比1:1将环氧树脂与单体B混合,所述的环氧树脂选自E51、E44和E20中的任意一种或多种的组合,所述单体B选自丙烯酸和甲基丙烯酸中的一种或两种的混合,加入阻聚剂,在98℃下,进行加成反应,直到酸值小于5mgKOH/g时出料,制得环氧单丙烯酸酯。
按上述方案,所述环氧单丙烯酸酯的制备过程中加入单体B质量的10%~20%的甲基丙烯酸甲酯(MMA)以降低粘度。
按上述方案,所述丙烯酸磷酸酯的制备方法是,按摩尔比2.2~2.4:1将含羟基的丙烯酸酯单体与五氧化二磷混合,所述的含羟基的丙烯酸酯单体选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的任意一种或多种的组合,在阻聚剂下混合,混合过程中温度控制在75℃以下,混合后加热至85℃下酯化反应3小时,加入五氧化二磷质量的10%~15%的去离子水,水解2~3小时出料,制得丙烯酸磷酸酯。
按上述方案,所述阻聚剂选自对苯二酚和对甲氧基苯酚中的任意一种。
一种用于汽车钢板弹簧涂装的水性防锈漆,其特征在于包括有所述的单组分自磷化防锈丙烯酸乳液。
先合成环氧单丙烯酸酯单体、丙烯酸磷酸酯单体,配以丙烯酸单体进行自由基共聚合反应,得到单组分水性防锈乳液,以此乳液为成膜物,配以相关的颜填料、助剂得到的水性涂料。
整个反应过程的机理以及化学反应方程式:
①环氧单丙烯酸酯的合成反应式如下:
所述2≤n≤10;
②丙烯酸磷酸酯的合成反应式如下:
聚酯水解反应:
③乳液合成典型反应方程式如下:
其中2≤n≤10,0≤n1≤357,0≤n2≤806,0≤n3≤1745,0≤n4≤1172,0≤n5≤1500,
0≤n6≤1785。
丙烯酸磷酸酯是一种磷酸的单酯、双酯及磷酸的混合物,单酯、双酯、磷酸酯中的磷羟基与金属表面有较强的配位螯合作用,与多价金属离子反应形成络合物,以共价键的形式牢固的连接到金属基材上;通过和金属材料之间的配位或螯合形成致密的磷酸盐保护膜,使金属表面钝化,防止水分或其他盐离子与金属接触,具有良好的防锈效果,抑制闪蚀情况的发生。而且还克服了现有汽车钢板弹簧涂装前底材表面没有进行磷化处理的不足。
环氧单丙烯酸酯含有很多羟基,可以和金属表面结合,还含有环氧基,通过交联固化涂层致密硬度高,有效防止水分、氧气和氯离子的渗透,大大提高防锈能力。
本发明防锈乳液是单组分的自交联固化的,有效的解决了现有钢板弹簧涂装过程中回料不能重复利用、浪费资源、污染环境的问题;丙烯酸磷酸酯的引入使得乳液具有类似磷化试剂的作用,与环氧丙烯酸单体一起提高乳液的防腐能力。
具体实施方式
下面所举的实施例将有助于理解本发明,但是不会构成对本发明的限制。
一、环氧单丙烯酸酯单体制备实施例
实施例1
将环氧树脂E51 400kg与丙烯酸72kg混合,加入对苯二酚0.36kg,在98℃下,进行加成反应,直到酸值小于5mgKOH/g出料,制得环氧单丙烯酸酯。
实施例2
将环氧树脂E51 200kg、环氧树脂E44 227kg与甲基丙烯酸43kg、丙烯酸36kg混合,加入对甲氧基苯酚0.39kg,在98℃下,进行加成反应,直到酸值小于5mgKOH/g时加入甲基丙烯酸甲酯MMA 10kg,出料,制得环氧单丙烯酸酯。
实施例3
将环氧树脂E20 500kg加热溶解于乙二醇丁醚100kg中,加入甲基丙烯酸86kg和对甲氧基苯酚0.43kg,在98℃下,进行加成反应,直到酸值小于5mgKOH/g时加入甲基丙烯酸甲酯MMA 10kg,减压蒸馏蒸出乙二醇丁醚,剩余部分即为环氧单丙烯酸酯。
序号 |
粘度(23℃) |
实施例1 |
15000mPa.s |
实施例2 |
1400mPa.s |
实施例3 |
1100mPa.s |
本发明采用向产物中添加MMA降低黏度的方法,较明显的降低环氧单丙烯酸酯的黏度,便于后一步反应的操作。
二、丙烯酸磷酸酯单体制备实施例
实施例4
将丙烯酸羟乙酯18.9kg与五氧化二磷10kg混合,加入对苯二酚0.09kg,混合过程中控制温度75℃以下,混合后升温至85℃,酯化反应3小时,加1kg去离子水,水解2小时出料,制得丙烯酸磷酸酯。
实施例5
将甲基丙烯酸羟乙酯27.7kg与五氧化二磷10kg混合,加入对甲氧基苯酚0.09kg,混合过程控制温度75℃以下,混合后控制温度在85℃,酯化反应3小时,加1kg去离子水,水解2小时出料,制得丙烯酸磷酸酯。
实施例6
将丙烯酸羟乙酯9.8kg、甲基丙烯酸羟丙酯10.5kg与五氧化二磷10kg混合,加入对苯二酚0.1kg,混合过程中控制温度75℃以下,混合后控制温度在85℃,酯化反应3小时,加1kg去离子水,水解2小时出料,制得丙烯酸磷酸酯。
实施例7
将丙烯酸羟乙酯20.6kg与五氧化二磷10kg混合,加入对苯二酚0.1kg,混合过程控制温度75℃以下,混合后控制温度在85℃,酯化反应3小时,制得丙烯酸磷酸酯。
本发明后一步反应中利用的丙烯酸磷酸酯是单酯率较高的丙烯酸磷酸酯。
实施例8
工艺步骤为:
1)取磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 1.2kg和去离子水8kg在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入甲基丙烯酸甲酯24kg、丙烯酸丁酯16kg、α-甲基丙烯酸1.5kg、环氧单丙烯酸酯(采用实施例2,下同)2kg、丙烯酸磷酸酯(采用实施例4,下同)2kg,采用氨水进行中和pH到7后得到单体预乳液54.8kg;
2)取去离子水25kg、磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.2kg、碳酸氢钠0.1kg加入反应器,搅拌升温到80℃得到底料;
3)取过硫酸铵0.24kg溶解于去离子水10kg中配制成引发剂溶液,向底料中加入引发剂溶液1.4kg和单体预乳液8kg,升温到85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液46.8kg和引发剂溶液,反应3小时,滴完后保温1小时;
5)降温到65℃,取去离子水2kg稀释叔丁基过氧化氢0.08kg后加入到反应器中,然后取去离子水2kg稀释雕白粉0.06kg后加入到反应器,保温0.5小时,冷却到室温,采用氨水进行中和pH值到7.5,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
实施例9
工艺步骤为:
1)取1-丙烯氧基-2-羟基丙烷磺酸钠0.5kg、磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.9kg和去离子水10kg在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入甲基丙烯酸甲酯22kg、丙烯酸丁酯18kg、α-甲基丙烯酸2kg、环氧单丙烯酸酯1.8kg、丙烯酸磷酸酯2.5kg,采用氨水进行中和pH到7.5后得到单体预乳液57.8kg;
2)取去离子水27kg、磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.2kg、碳酸氢钠0.1kg加入反应器,搅拌升温到80℃得到底料;
3)取过硫酸钾0.24 kg溶解于去离子水10kg中配制成引发剂溶液,向底料中加入引发剂溶液1.2kg和单体预乳液9kg,升温到85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液48.7kg和引发剂溶液,反应3.5小时,滴完后保温1小时;
5)降温到65℃,取去离子水2kg稀释叔丁基过氧化氢0.07kg后加入到反应器中,然后取去离子水2.5kg稀释雕白粉0.05kg后加入到反应器,保温0.5小时,冷却到室温,采用三乙胺进行中和pH值到7.5,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
实施例10
工艺步骤为:
1)取磷酸酯非离子乳化剂PS-630 0.7kg、磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.3kg、1-丙烯氧基-2-羟基丙烷磺酸钠0.4kg和去离子水9kg在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入甲基丙烯酸甲酯20kg、苯乙烯5kg、丙烯酸丁酯18kg、α-甲基丙烯酸1.6kg、环氧单丙烯酸酯2.2kg、丙烯酸磷酸酯2 kg,采用2-氨基-2-甲基-1-丙醇进行中和pH到7后得到单体预乳液59.3kg;
2)取去离子水30kg、磷酸酯非离子乳化剂PS-630 0.2kg、碳酸氢钠0.18kg加入反应器,搅拌升温到80℃得到底料;
3)取过硫酸钾0.3 kg溶解于去离子水10kg中配制成引发剂溶液,向底料中加入引发剂溶液1.3kg和单体预乳液重量的10kg,升温到85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液49.3kg和引发剂溶液,反应4小时,滴完后保温1小时;
5)降温到65℃,取去离子水2kg稀释叔丁基过氧化氢0.065kg后加入到反应器中,然后取去离子水3kg稀释雕白粉0.07kg后加入到反应器,保温0.5小时,冷却到室温,采用氨水进行中和pH值到7.5,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
实施例11
工艺步骤为:
1)取丙烯酸聚醚磷酸酯0.4kg、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠cops-1 0.4kg和烯丙基烷基酚聚醚AE-200 0.6kg和去离子水12kg在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入甲基丙烯酸甲酯24kg、叔碳酸乙烯酯10kg、丙烯酸丁酯18kg、α-甲基丙烯酸2 kg、环氧单丙烯酸酯1.9kg、丙烯酸磷酸酯3 kg,采用2-氨基-2-甲基-1-丙醇进行中和pH到7后得到单体预乳液72.4kg;
2)取去离子水28kg、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠0.1kg、丙烯酸聚醚磷酸酯0.1kg、碳酸氢钠0.13kg加入反应器,搅拌升温到80℃得到底料;
3)取过硫酸钾0.3 kg溶解于去离子水10kg中配制成引发剂溶液,向底料中加入引发剂溶液1.3kg和单体预乳液重量的15kg,升温到85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液57.3kg和引发剂溶液,反应4小时,滴完后保温1小时;
5)降温到60℃,取去离子水2.3kg稀释叔丁基过氧化氢0.065kg后加入到反应器中,然后取去离子水2kg稀释雕白粉0.06kg后加入到反应器,保温0.5小时,冷却到室温,采用N,N-2甲基乙醇胺进行中和pH值到8,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
实施例12
工艺步骤为:
1)取磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.8kg、烯丙基烷基酚聚醚AE-200 0.8kg和去离子水8kg在预乳化罐中混合搅拌溶解,然后缓慢向其中加入甲基丙烯酸异冰片酯15kg、叔碳酸乙烯酯15kg、丙烯酸丁酯15kg、α-甲基丙烯酸2 kg、环氧单丙烯酸酯3.5kg、丙烯酸磷酸酯2 kg,采用氨水进行中和pH到7后得到单体预乳液62.2;
2)取去离子水31kg、磷酸酯阴离子乳化剂RE-610 0.2kg、碳酸氢钠0.13kg加入反应器,搅拌升温到80℃得到底料;
3)取过硫酸钾0.3 kg溶解于去离子水10kg中配制成引发剂溶液,向底料中加入引发剂溶液1.3kg和单体预乳液重量的11kg,升温到85℃;
4)待乳液变蓝且无明显回流时得到种子乳液,此时开始滴加剩余单体预乳液51.1kg和引发剂溶液,反应4小时,滴完后保温1小时;
5)降温到60℃,取去离子水2kg稀释叔丁基过氧化氢0.07kg后加入到反应器中,然后取去离子水2kg稀释雕白粉0.06kg后加入到反应器,保温0.5小时,冷却到室温,采用氨水进行中和pH值到7.5,用100目尼龙网过滤除渣,出料,获得单组份自磷化防锈丙烯酸乳液。
乳液性能如下:
本发明实施例还有很多,以上实施例不能看成对权利要求保护范围的限定。
由以上实施例比较可以得出,实施例11制得的乳液性能较优,以本发明中这种实施例制得的乳液为基料,按颜基比1.5:1制成漆,防锈漆配方如下:
原材料 |
重量 |
水 |
10~20 |
亚硝酸钠 |
0.2~0.5 |
防锈剂FA-179 |
0.5~2 |
AMP95 |
0.1~1 |
消泡剂 |
0.2~0.4 |
分散剂DA-30 |
0.1~0.3 |
三聚磷酸铝 |
7~9 |
锶铬黄 |
5~10 |
铁红 |
6~14 |
绢云母 |
4~8 |
氧化锌 |
2~4 |
实施例11乳液 |
65 |
增稠剂 |
0.25~0.4 |
乙二醇丁醚 |
0.5~2 |
由以上配方得到的防锈底面合一漆附着力优良,耐腐蚀性好。
防锈漆的性能如下: