CN103333596B - 一种自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自清洁丙烯酸阴极电泳涂料及其制备方法,所述涂料是双组份制备,由氟硅改性丙烯酸乳液和纳米二氧化钛改性色浆按照9:1的比例配制而成,氟硅改性丙烯酸乳液是由半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、中和剂、去离子水高速搅拌制得;纳米二氧化钛粉体改性色浆由半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、表面活性剂和去离子水加入研磨罐中高速砂磨制得。本发明的涂料自身稳定性和槽液稳定性都较好,经电泳涂装后,涂层外观平整,具有较佳的力学性能,具有优异的耐酸、耐碱性,涂层具有高疏水性、涂膜表面与水的接触角可以达到130°以及较佳的耐沾污性,耐沾污性≤10%。
Description
[技术领域]
本发明属于丙烯酸阴极电泳涂料和制备方法领域,涉及一种自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料及其制备方法。
[背景技术]
阴极电泳涂料经过几十年的发展已经在汽车工业及建材、五金、家电等其他金属涂装领域得到了广泛应用,应用范围已经不局限于底漆,在面漆领域也有较大应用。而随着涂装产品使用时间的延长,产品表面受污染程度较大,需要增加清洗费用。而现在市面中几乎没有通过一步电泳涂装具有自清洁功能的涂料产品。而自清洁涂料由于具有环保和节省清洗费用等优点,越来越受到市场的青睐。
所以急需开发出一款具有自清洁丙烯酸阴极电泳涂料,来满足市场的需求。
[发明内容]
本发明针对现有技术的不足,提供一种自清洁丙烯酸阴极电泳涂料及其制备方法,本发明产品为双组份体系,涂料自身稳定性和槽液稳定性都较好,经电泳涂装后,涂层外观平整,具有较佳的力学性能,具有优异的耐酸、耐碱性,涂层具有高疏水性、高的水接触角,涂膜表面与水的接触角可以达到130°以及较佳的耐沾污性,耐沾污性≤10%。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于由氟硅改性丙烯酸乳液和纳米二氧钛改性色浆按照9:1的比例配制而成,其中氟硅改性丙烯酸乳液由45-60重量份半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、0.8-1重量份中和剂、39-54.2重量份去离子水组成;其中纳米二氧钛改性色浆由16-20重量份所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、1-2重量份表面活性剂、40-51重量份去离子水、22-26份颜填料和10-12份纳米二氧化钛组成组成
本发明还包括一种自清洁丙烯酸阴极电泳涂料的制备方法,由氟硅改性丙烯酸乳液和纳米二氧钛改性色浆按照9:1的比例配制而成,氟硅改性丙烯酸乳液是由45-60份半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入0.8-1份中和剂搅拌1小时,再将39-54.2份去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制的,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下;纳米二氧化钛粉体改性色浆是由将16-20份上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、1-2份表面活性剂和40-51份去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入22-26份颜填料和10-12份纳米二氧化钛,高速砂磨2小时,获得所述的纳米二氧化钛粉体改性色浆。
本发明的阴极电泳涂料的有益效果是:该涂料为水性双组份电泳涂料,利用氟硅改性丙烯酸乳液较低的表面能形成的超疏水性与纳米二氧化钛粉体改性色浆使得涂层表面形成类似荷叶表面的微米-纳米双微结构,共同作用产生“荷叶效应”,使得涂层表面较疏水、水接触角很大,灰尘等污染物不易附着在涂层表面和进入涂层内部,显著提高涂层的耐沾污性好;涂料自身稳定性和槽液稳定性都较好,利用涂装方便,使用环保、安全;板面平整具有较佳的力学性能,具有优异的耐酸、耐碱性。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂是指先通过溶液法自由基聚合合成出含氟硅阳离子丙烯酸树脂,然后利用树脂分子链中的活性氢与含有游离的-NCO基团的半封闭脂肪族异氰酸酯反应引入树脂分子主链中。
进一步,所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂配方如下:5-12份甲基异丁基酮,10-15份环己酮,6-8份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,9-10份甲基丙烯酸羟乙酯,3-4份甲基丙烯酸甲酯,4-6份苯乙烯,4-5份丙烯酸正丁酯,5-7份γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,8.5-10份甲基丙烯酸十三氟辛酯,3-4份过氧化苯甲酰,0.5-1份偶氮二异丁腈,6-10份甲基乙基酮,12-14.6份六亚甲基二异氰酸酯,8-9.4份乙二醇单乙醚。
采用上述进一步方案的有益效果是,将氟含量较高的含氟丙烯酸单体和含双键的有机硅氧烷引入丙烯酸树脂主链中,利用有机硅氧烷中Si-O键和含氟丙烯酸单体中C-F键键能大,分子间作用力小,涂层成膜过程中Si-O键和C-F键都旋转至涂层表面,使涂层表面能很低,具有较强的疏水性,同时硅氟单体的共同引入树脂,提高了树脂的疏油性,使涂层显示出超强的双疏特性,提高涂层的耐沾污性。由于大量硅氟单体的引入使得采用外加固化剂方式制备的乳液稳定性大幅降低,本发明采用半封闭脂肪族异氰酸酯通过化学键直接链接到丙烯酸树脂主体链中,不用外加固化剂直接制备乳液,乳液稳定性得到大幅提高,满足工业生产要求。
进一步,所述中和剂为醋酸或者氨基磺酸中和剂中的任意一种。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过有机酸中和使得丙烯酸树脂链中的胺基变成铵盐,赋予树脂足够的亲水性。
进一步,所述表面活性剂为非离子型的壬基酚聚氧乙烯醚。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过表面活性剂润湿颜料,减少颜料团聚。
进一步,所述颜填料为炭黑、高岭土、钛白粉中的任意一种或两种以上的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是,根据需求调制不同的浆料,具有较好的遮盖效果。
本发明解决上述技术问题的又一技术方案如下:一种自清洁丙烯酸阴极电泳涂料的制备方法,所述涂料是双组份,其制备方法包括以下步骤:
A.半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂制备步骤
按配方量将甲基乙基酮和六亚甲基二异氰酸酯加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到75℃,滴加乙二醇单乙醚,1小时滴完,保温2小时后,降温到45℃以下出料,获得半封闭脂肪族异氰酸酯,放入干燥器中待用。按配方量将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸正丁酯,γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,甲基丙烯酸十三氟辛酯,过氧化苯甲酰混合均匀待用,称为混合液1;将配方量的偶氮二异丁腈和1份环己酮混合均匀待用,称为混合液2。按配方量将甲基异丁基酮和环己酮加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到100℃,开始滴加混合液1,4小时滴完后保温半小时,然后滴加混合液2,半小时滴完,然后保温1小时,然后反应体系降温到75℃,开始滴加半封闭脂肪族异氰酸酯,滴加1小时,保温3小时,测试NCO值为0,然后降温到45℃以下出料,获得所述的半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂。
B.氟硅改性丙烯酸乳液制备步骤
按配方量将半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入中和剂搅拌1小时,再将去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制的,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下,获得所述的氟硅改性丙烯酸乳液。
C.纳米二氧化钛粉体改性色浆制备步骤
按配方量将上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、表面活性剂和去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入颜填料和纳米二氧化钛,高速砂磨2小时,获得所述的纳米二氧化钛粉体改性色浆。
采用上述进一步方案的有益效果是,操作工艺简便,制备的涂料各组分分散均匀,稳定性好。
[具体实施方式]
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
1)所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂配方:
按配方量将甲基乙基酮和六亚甲基二异氰酸酯加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到75℃,滴加乙二醇单乙醚,1小时滴完,保温2小时后,降温到45℃以下出料,获得半封闭脂肪族异氰酸酯,放入干燥器中待用。按配方量将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸正丁酯,γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,甲基丙烯酸十三氟辛酯,过氧化苯甲酰混合均匀待用,称为混合液1;将配方量的偶氮二异丁腈和1份环己酮混合均匀待用,称为混合液2。按配方量将甲基异丁基酮和环己酮加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到100℃,开始滴加混合液1,4小时滴完后保温半小时,然后滴加混合液2,半小时滴完,然后保温1小时,然后反应体系降温到75℃,开始滴加半封闭脂肪族异氰酸酯,滴加1小时,保温3小时,测试NCO值为0,然后降温到45℃以下出料,获得所述的半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂。
2)所述乳液配方
半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂 45份
醋酸 0.8份
去离子水 54.2份
按配方量将半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入醋酸中和剂搅拌1小时,再将去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制的,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下,获得所述的氟硅改性丙烯酸乳液。
3)所述色浆配方
按配方量将上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入颜填料炭黑和纳米二氧化钛,高速砂磨2小时,获得所述的纳米二氧化钛粉体改性色浆。
实施例2
2)所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂配方:
按配方量将甲基乙基酮和六亚甲基二异氰酸酯加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到75℃,滴加乙二醇单乙醚,1小时滴完,保温2小时后,降温到45℃以下出料,获得半封闭脂肪族异氰酸酯,放入干燥器中待用。按配方量将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸正丁酯,γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,甲基丙烯酸十三氟辛酯,过氧化苯甲酰混合均匀待用,称为混合液1;将配方量的偶氮二异丁腈和1份环己酮混合均匀待用,称为混合液2。按配方量将甲基异丁基酮和环己酮加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到100℃,开始滴加混合液1,4小时滴完后保温半小时,然后滴加混合液2,半小时滴完,然后保温1小时,然后反应体系降温到75℃,开始滴加半封闭脂肪族异氰酸酯,滴加1小时,保温3小时,测试NCO值为0,然后降温到45℃以下出料,获得所述的半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂。
2)所述乳液配方
半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂 60份
氨基磺酸 1份
去离子水 39份
按配方量将半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入氨基磺酸中和剂搅拌1小时,再将去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制的,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下,获得所述的氟硅改性丙烯酸乳液。
3)所述色浆配方
按配方量将上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入颜填料炭黑和高岭土以及纳米二氧化钛,高速砂磨2小时,获得所述的纳米二氧化钛粉体改性色浆。
实施例3
3)所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂配方:
按配方量将甲基乙基酮和六亚甲基二异氰酸酯加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到75℃,滴加乙二醇单乙醚,1小时滴完,保温2小时后,降温到45℃以下出料,获得半封闭脂肪族异氰酸酯,放入干燥器中待用。按配方量将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸甲酯,苯乙烯,丙烯酸正丁酯,γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,甲基丙烯酸十三氟辛酯,过氧化苯甲酰混合均匀待用,称为混合液1;将配方量的偶氮二异丁腈和1份环己酮混合均匀待用,称为混合液2。按配方量将甲基异丁基酮和环己酮加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到100℃,开始滴加混合液1,4小时滴完后保温半小时,然后滴加混合液2,半小时滴完,然后保温1小时,然后反应体系降温到75℃,开始滴加半封闭脂肪族异氰酸酯,滴加1小时,保温3小时,测试NCO值为0,然后降温到45℃以下出料,获得所述的半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂。
2)所述乳液配方
半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂 52.5份
醋酸 0.9份
去离子水 46.6份
按配方量将半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入醋酸中和剂搅拌1小时,再将去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制的,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下,获得所述的氟硅改性丙烯酸乳液。
3)所述色浆配方
按配方量将上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚和去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入颜填料钛白粉和高岭土以及纳米二氧化钛,高速砂磨2小时,获得所述的纳米二氧化钛粉体改性色浆。
将上述实施例1-3制得的自清洁丙烯酸阴极电泳涂料,配成固体份为13%的电泳槽液,在电泳槽中熟化24h,在电泳电压150V,槽液温度30℃,电泳时间为30s的条件下制备样板,固化温度为170℃/20min。
实施例1-3制得的自清洁丙烯酸阴极电泳涂料制备样板的主要技术指标如下表
因而本发明制得的自清洁丙烯酸阴极电泳涂料涂层外观平整,具有较佳的力学性能,具有优异的耐酸、耐碱性,涂层具有高疏水性、高的水接触角以及较佳的耐沾污性等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于由氟硅改性丙烯酸乳液和纳米二氧化钛粉体改性色浆按照9:1的比例配制而成,所述氟硅改性丙烯酸乳液由45-60重量份半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、0.8-1重量份中和剂、39-54.2重量份去离子水组成;
所述纳米二氧化钛粉体改性色浆,由16-20重量份所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、1-2重量份表面活性剂、40-51重量份去离子水、22-26份颜填料和10-12份纳米二氧化钛组成。
2.如权利要求1所述的自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于所述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂的配方为5-12重量份甲基异丁基酮,10-15重量份环己酮,6-8重量份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,9-10重量份甲基丙烯酸羟乙酯,3-4重量份甲基丙烯酸甲酯,4-6重量份苯乙烯,4-5重量份丙烯酸正丁酯,5-7重量份γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,8.5-10重量份甲基丙烯酸十三氟辛酯,3-4重量份过氧化苯甲酰,0.5-1重量份偶氮二异丁腈,6-10重量份甲基乙基酮,12-14.6重量份六亚甲基二异氰酸酯和8-9.4重量份乙二醇单乙醚。
3.如权利要求1所述的自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于中和剂为醋酸或者氨基磺酸中和剂中的一种。
4.如权利要求1所述的自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于所述表面活性剂为非离子型的壬基酚聚氧乙烯醚。
5.如权利要求1所述的自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料,其特征在于所述颜填料为炭黑、高岭土、钛白粉中的任意一种或两种以上的混合物。
6.一种自清洁氟硅改性丙烯酸阴极电泳涂料的制备方法,其特征在于由45-60重量份半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂加入反应容器中搅拌半小时后加入0.8-1重量份中和剂搅拌1小时,再将39-54.2重量份去离子水一次性加入反应容器中高速搅拌2小时制得,整个制备过程反应容器温度控制在45℃以下,
还添加纳米二氧化钛粉体改性色浆,氟硅改性丙烯酸乳液和纳米二氧化钛粉体改性色浆按照9:1的比例配制,纳米二氧化钛粉体改性色浆由将16-20重量份上述半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂、1-2重量份表面活性剂和40-51重量份去离子水加入研磨罐中搅拌均匀,在研磨罐里有锆珠、通冷凝水的情况下缓慢加入22-26重量份颜填料和10-12重量份纳米二氧化钛,高速砂磨2小时后制得;
半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂制备由以下步骤组成:将6-10重量份甲基乙基酮和12-14.6重量份六亚甲基二异氰酸酯加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到75℃,滴加8-9.4重量份乙二醇单乙醚,1小时滴完,保温2小时后,降温到45℃以下出料,获得半封闭脂肪族异氰酸酯,放入干燥器中待用;
将6-8重量份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,9-10重量份甲基丙烯酸羟乙酯,3-4重量份甲基丙烯酸甲酯,4-6重量份苯乙烯,4-5重量份丙烯酸正丁酯,5-7重量份γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,8.5-10重量份甲基丙烯酸十三氟辛酯,3-4重量份过氧化苯甲酰混合均匀得到混合液a,并待用;
将0.5-1重量份的偶氮二异丁腈和1重量份环己酮混合均匀待用,称为混合液b,并待用;
将5-12重量份甲基异丁基酮和9-14重量份环己酮加入带有搅拌器和冷凝管的反应容器中,通氮气、升温到100℃,开始滴加混合液a,4小时滴完后保温半小时,然后滴加混合液b,半小时滴完,然后保温1小时,然后反应体系降温到75℃,开始滴加半封闭脂肪族异氰酸酯,滴加1小时,保温3小时,测试NCO值为0,然后降温到45℃以下出料,获得所述的半封闭脂肪族异氰酸酯改性含氟硅阳离子丙烯酸树脂。
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