CN104559610A - 一种空调铝箔用有机亲水涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

发明涉及一种空调铝箔用有机亲水涂料及其制备方法。该涂料按组成质量百分比为：亲水树脂溶液10.00-90.00％、固化剂0.50-10.00％、催化剂0.01-1.00％、颜料0.00-1.00％，余量为水。该涂料的制备方法包括亲水树脂合成、涂料调配等工序，与现有技术相比，使用本发明制备的空调铝箔用有机亲水涂料涂覆空调铝箔，厚度小于0.5μm的涂层即可具有持久的亲水性和耐腐蚀性，而且本发明避免了非环保助剂和溶剂的使用。

Description

一种空调铝箔用有机亲水涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种亲水涂料，具体涉及一种空调铝箔用有机亲水涂料。
背景技术
空调换热器通常采用小片距(低至1mm)、复杂片形的冷却片(由于传热要求和成本限制，空调换热器的冷却片多为铝材质)与内螺纹圆铜管相接的结构，以强化制冷液与铜管间的热交换效率。铝箔冷却片及之间普遍存在三个问题：(1)冷凝的水珠易形成“水桥”从而影响换热效率且增加噪音污染；(2)铝箔受到腐蚀产生“白粉”，既损害使用寿命又污染室内环境；(3)铝箔上滋生细菌，产生“异味”，污染环境。
其中“水桥”问题最重要且最难解决，目前有效的解决方法是：为铝箔涂上可疏导水的的涂层。而要要赋予铝箔疏导水的功能，有亲水处理和憎水处理两种方法。有学者研究表明，析湿工况下带亲水层波纹翅片管换热器的换热效率比不带亲水层的要好，而且两者都强于干工况。若使用了憎水箔则类似于干工况，这就说明了亲水箔换热器在换热效率方面优于憎水箔换热器。目前亲水处理法(亲水箔)是空调铝箔市场主流，并形成了比较成熟的工业体系(国内亲水箔涂层标准已建立约20年)。
中国专利CN 102241939B公开了一种有机-无机杂化的超亲水涂料及其制备与应用方法。该亲水涂料含有无机物，对涂装、加工设备有磨损伤害，而且该专利所述涂层厚度较厚，及浪费原料又降低了铝箔的传热效率。中国专利CN 102850897A公开了一种光固化亲水涂料及其制备方法。该亲水涂料含有有机溶剂，对环境有害，而且专利中仅提到了亲水性，并未考察耐腐蚀性等很重要的应用性能。中国专利CN 101544867B公开了一种可用于空调铝箔表面涂装的有机亲水涂料，包括水溶性亲水丙烯酸树脂、水溶性固化剂、流平剂、助溶剂等。该亲水涂料使用了外加流平剂，对涂层耐水性不利，而且涂料中同样使用了有机溶剂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种不使用外添加流平剂和有机溶剂，仅以较低厚度涂层即可赋予空调铝箔优异初期亲水性、持续亲水性、耐盐雾腐蚀性的水性环保有机涂料。本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
本发明的一个技术方案提供了一种空调铝箔用有机亲水涂料：原料按质量百分比为亲水树脂溶液10.00-90.00％、固化剂0.50-10.00％、催化剂0.01-1.00％、颜料0.00-1.00％，余量为水；
所述的亲水树脂溶液的固含量为10.00-50.00％，按以下总计100质量份数的组分组合而成：
a.含有一个双键的水溶性羟基单体，5.00-30.00份；
b.含有一个双键的水溶性氨基单体，1.00-20.00份；
c.含有一个双键的水溶性表面活性单体，0.10-10.00份；
d.水溶性热引发剂，0.10-3.00份；
e.含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐，0.00-25.00份；
f.含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，0.00-5.00份；
g.无机碱，0-5份；
h.余量为水。
本发明的另一个技术方案还提供了一种用于制备根据上述技术方案提供的空调铝箔用有机亲水涂料中所使用的亲水树脂溶液的方法，包含以下步骤：
(1)按照如下总计100质量份数的配方取原材料：含有一个双键的水溶性羟基单体，5.00-30.00份；含有一个双键的水溶性氨基单体，1.00-20.00份；含有一个双键的水溶性表面活性单体，0.10-10.00份；水溶性热引发剂，0.10-3.00份；含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐，0.00-25.00份；含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，0.00-5.00份；无机碱，0-5份；余量为水；
(2)用10％-50％的水溶解无机碱，制得反应釜打底水；用10％-50％的水溶解水溶性热引发剂，制得引发剂溶液；用1％-30％的水溶解含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐、含有一个双键的水溶性羟基单体、一个双键的水溶性氨基单体、一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，以及含有一个双键的水溶性表面活性单体，制得单体混合液；
(3)将上述反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至60-120℃，搅拌均匀；
(4)将上述引发剂溶液和单体混合液缓慢加入反应釜中；
(5)将反应釜保温，调节溶液的pH至4-9，制得亲水树脂溶液备用；
(6)20-50℃下将按质量比10.00-90.00份亲水树脂溶液、0.50-10.00份固化剂、0.01-1.00份催化剂、0.00-1.00份颜料和余量水搅拌混合均匀，获得总量为100份的亲水箔涂料。
根据上述技术方案提供的方法，其中，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；水溶性热引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉；含有一个双键的水溶性羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸；含有一个双键的水溶性羟基单体选自丙烯酸羟乙基、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙基或甲基丙烯酸羟丙酯；含有一个双键的水溶性氨基单体选自丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-羟乙基丙烯酰胺；含有一个双键的水溶性磺酸单体选自甲基丙烯磺酸、对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸；含有一个双键的水溶性表面活性单体选自阴离子型表面活性单体、非离子型表面活性单体或阴非离子复合型表面活性单体；固化剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、季戊二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、氨基树脂；所述催化剂选自甲基苯磺酸胺、对十二烷基磺酸胺、甲基苯磺酸胺或对十二烷基磺酸胺。
除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“机械搅拌速度50-300转/分钟”表示机械搅拌的转速范围a为50转/分钟≤a≤300转/分钟。
另外，本发明引用的端值可能包括0，当某一端值为0时，表示其内容是可选的。在本发明的技术方案中，含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐、含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐、无机碱都包括为0的端值，当某个实施方式中它们中的一个或一些的取值为0时，则表示：在涂料中不包含这种或这些组分；在方法中不对这种或这些组分进行溶解，直接使用用于溶解这种或这些组分的溶剂。
本发明使用的术语“或”表示备选方案，如果合适的话，可以将它们组合，也就是说，术语“或”包括每个所列出的单独备选方案以及它们的组合。例如，“无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水”表示无机碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，也可以是其一种以上的组合。
本发明所述的亲水树脂溶液是用于制备前述技术方案提供的空调铝箔用有机亲水涂料的原料之一。其固含量为10-50％为佳。亲水树脂溶液是由以下总计100质量份数的组分组合而成：含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐，0.00-25.00份；至少一种含有一个双键的水溶性羟基单体，5.00-30.00份；至少一种含有一个双键的水溶性氨基单体，1.00-20.00份；含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，0.00-5.00份；至少一种含有一个双键的水溶性表面活性单体，0.10-10.00份；至少一种水溶性热引发剂，0.10-3.00份；无机碱，0-5份；余量为水。其中，含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐、含有一个双键的水溶性羟基单体、含有一个双键的水溶性氨基单体、含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐、含有一个双键的水溶性表面活性单体分别是聚合形成水溶性聚合物的主要单元，同时，含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐中，羧基或羧酸根离子可提供交联点和提高亲水性；含有一个双键的水溶性羟基单体中羟基主要提供交联点；含有一个双键的水溶性氨基单体中，氨基主要提供交联点；含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐中，磺酸基或磺酸根离子主要提高亲水性；含有一个双键的水溶性表面活性单体可提高树脂的亲水性和树脂溶液的流平性；水溶性热引发剂的作用是引发上述各种单体的共聚合；无机碱的作用是调节聚合反应体系的pH；水的作用是作为上述各组分以及最终聚合产物的分散介质。
根据上述配方，在本发明的一些实施方式中，含有一个双键的水溶性羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸；含有一个双键的水溶性羟基单体选自丙烯酸羟乙基、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙基或甲基丙烯酸羟丙酯；含有一个双键的水溶性氨基单体选自丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-羟乙基丙烯酰胺；含有一个双键的水溶性磺酸单体选自甲基丙烯磺酸、对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸；含有一个双键的水溶性表面活性单体选自阴离子型表面活性单体、非离子型表面活性单体或阴非离子复合型表面活性单体；阴离子型表面活性单体选自佛山科的气体化工SE-10、SE-1050或上海忠诚化工A-2405；非离子型表面活性单体选自上海忠诚化工AE-200、AE-300或佛山科的气体化工SN-10；阴非离子型表面活性单体选自上海忠诚化工的V-20S或UCAN-1；水溶性热引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉；无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
在本发明中，“可形成的盐”是指由单体上的酸性基团提供阴离子与金属阳离子或铵离子结合成的化合物，特别要求可溶于水。具体到含有一个双键的水溶性羧酸单体和含有一个双键的水溶性磺酸单体上，其可形成的盐优选钠盐、钾盐或铵盐。
固化剂是一类具有两个或两个以上活性交联基团的物质，其用途是与树脂上的活性交联基团发生交联反应，以提高树脂的硬度、耐磨性、耐溶剂性等性能。
在本发明的一些实施方式中，固化剂选自水溶性的多元醇、氨基树脂或多异氰酸酯。其中，多元醇选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、季戊二醇、丙三醇或三羟甲基丙烷，优选丙三醇和三羟甲基丙烷；氨基树脂选自英力士的740、825或921；多异氰酸酯为盈创的B1358A。
本发明的催化剂选自封闭型有机酸或有机锡。其中封闭型有机酸是指经过氨基封端、常温下无催化活性的有机酸，可在加热条件下解封并催化羧基、羟基等活性基团的交联反应，在本发明的一些实施方式中，封闭型有机酸选自对甲基苯磺酸、封闭型对十二烷基磺酸。有机锡为锡和碳元素直接结合所形成的金属有机化合物，用途是催化异氰酸酯和羧基、羟基、氨基等基团的反应，在本发明的一些实施方式中，有机锡选自二月桂酸二丁基锡、二丁基锡、辛酸亚锡。
作为本发明的颜料，应当满足水溶性良好、300℃下保持稳定的要求。本发明一些实施方式中采用的颜料为铜酞菁蓝。
在本发明中，pH调节剂的作用是调节亲水树脂溶液以及亲水箔涂料的pH值，以保证聚合工艺和涂料制备、储存的稳定性。在本发明的一些实施方式中，pH调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙二胺、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或乙酸，优选氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸。
本发明的上述技术方案提供的空调铝箔用有机亲水涂料及其制备方法，其有益效果在于：
(1)采用了含有一个双键的水溶性表面活性单体，有效提高了树脂的初期亲水性，并且有效提高了树脂溶液及亲水箔涂料的流平性；
(2)避免使用小分子表面活性剂，有效提高了树脂的持续亲水性和耐溶剂性。
具体实施方式
以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。
实施例1
用29.8g水溶解0.2g氢氧化钠，获得反应釜打底水；用34.5g水溶解0.5g过硫酸钠，获得引发剂溶液；用5g水溶解5g丙烯酸、13g丙烯酸羟丙酯、10g丙烯酰胺、2g SE-10，获得单体混合液；将反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至75℃，机械搅拌速度150转/分钟；将引发剂溶液缓慢加入反应釜中，同时缓慢加入单体混合液，持续120分钟；引发剂溶液和单体混合液完全加入反应釜后，反应釜继续保持75℃的温度120分钟；收集亲水树脂溶液，用氢氧化钠调节溶液的pH至7备用。
将30g亲水树脂溶液、1g英力士921、1g铜酞菁蓝和68g水依次加入带搅拌装置的分散釜中；室温下50转/分钟搅拌分散60分钟，得亲水箔涂料。
实施例2
用19.5g水溶解0.5g浓氨水，获得反应釜打底水；用29g水溶解1g过硫酸铵，获得引发剂溶液；用30g水溶解15g丙烯酸羟乙酯、2g丙烯酰胺、2g对苯乙烯磺酸钠、1g V-20S，获得单体混合液；将反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至70℃，机械搅拌速度100转/分钟；将引发剂溶液缓慢加入反应釜中，同时缓慢加入单体混合液，持续200分钟；引发剂溶液和单体混合液完全加入反应釜后，反应釜继续保持80℃的温度120分钟；收集亲水树脂溶液，用盐酸调节溶液的pH至7备用。
将50g亲水树脂溶液、48.2g水、1.5g丙三醇、1g铜酞菁蓝和0.3g对甲苯磺酸胺依次加入带搅拌装置的分散釜中；室温下100转/分钟搅拌分散20分钟，得亲水箔涂料。
实施例3
用40g水作为反应釜打底水；用29.7g水溶解0.3g V-50，获得引发剂溶液；用15g水溶解2g甲基丙烯酸、8g甲基丙烯酸羟丙酯、3g N-羟甲基丙烯酰胺、2g SN-10，获得单体混合液；将反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至70℃，机械搅拌速度150转/分钟；将引发剂溶液缓慢加入反应釜中，同时缓慢加入单体混合液，持续180分钟；引发剂溶液和单体混合液完全加入反应釜后，反应釜继续保持70℃的温度240分钟；收集亲水树脂溶液，用乙二胺调节溶液的pH至5备用。
将70g亲水树脂溶液、27.5g水、2g三羟甲基丙烷和0.5g对十二烷基苯磺酸胺依次加入带搅拌装置的分散釜中；室温下200转/分钟搅拌分散5分钟，得亲水箔涂料。
实施例4
用19g水溶解1g氢氧化钾，获得反应釜打底水；用39g水溶解1g过硫酸钾，获得引发剂溶液；用20g水溶解12g丙烯酸羟丙酯、5g丙烯酰胺、2g 2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、1g A-2405，获得单体混合液；将反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至85℃，机械搅拌速度200转/分钟；将引发剂溶液缓慢加入反应釜中，同时缓慢加入单体混合液，持续100分钟；引发剂溶液和单体混合液完全加入反应釜后，反应釜继续保持80℃的温度60分钟；收集亲水树脂溶液，用氢氧化钾调节溶液的pH至9备用。
将49.4g水、50g亲水树脂溶液、0.5g赢创B1358A和0.1g月桂酸二丁基锡依次加入带搅拌装置的分散釜中；室温下300转/分钟搅拌分散40分钟，得亲水箔涂料。
实施例5
参考《YS/T 95.2-2009空调散热片用铝箔》标准进行试板涂装及检测，实施例1-4所制备涂料的性能指标如表2所示：
表1 实施例1-4所制备涂料的性能指标
实施例1-4所制备涂料的各项性能均达标，而且涂料中不添加有机溶剂，相比于同类产品有较大优势。

Claims (15)

1.一种空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，原料按质量百分比为亲水树脂溶液10.00-90.00％、固化剂0.50-10.00％、催化剂0.01-1.00％、颜料0.00-1.00％，余量为水；
其中，所述的亲水树脂溶液的固含量为10.00-50.00％，按以下总计100质量份数的组分组合而成：
a.含有一个双键的水溶性羟基单体，5.00-30.00份；
b.含有一个双键的水溶性氨基单体，1.00-20.00份；
c.含有一个双键的水溶性表面活性单体，0.10-10.00份；
d.水溶性热引发剂，0.10-3.00份；
e.含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐，0.00-25.00份；
f.含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，0.00-5.00份；
g.无机碱，0-5份；
h.余量为水。
2.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，组分e和f中，所述的可形成的盐选自钠盐、钾盐或铵盐。
3.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述固化剂选自水溶性多元醇、氨基树脂或多异氰酸酯。
4.根据权利要求3所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述水溶性多元醇选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、季戊二醇、丙三醇或三羟甲基丙烷。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述催化剂选自封闭型有机酸或有机锡。
6.根据权利要求5所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述封闭型有机酸选自对甲基苯磺酸胺或对十二烷基磺酸胺，有机锡选自二月桂酸二丁基锡、二丁基锡或辛酸亚锡。
7.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述含有一个双键的水溶性羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸。
8.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述含有一个双键的水溶性羟基单体选自丙烯酸羟乙基、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙基或甲基丙烯酸羟丙酯。
9.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述含有一个双键的水溶性氨基单体选自丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-羟乙基丙烯酰胺。
10.根据权利要求1所述的空调铝箔用有机亲水涂料，其特征在于，所述含有一个双键的水溶性磺酸单体选自甲基丙烯磺酸、对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸。
11.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述含有一个双键的水溶性表面活性单体选自阴离子型表面活性单体、非离子型表面活性单体或阴非离子复合型表面活性单体。
12.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述水溶性热引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉。
13.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
14.一种用于制备根据权利要求1-13所述的空调铝箔用有机亲水涂料的方法，包含以下步骤：
(1)按照如下总计100质量份数的配方取原材料：含有一个双键的水溶性羟基单体，5.00-30.00份；含有一个双键的水溶性氨基单体，1.00-20.00份；含有一个双键的水溶性表面活性单体，0.10-10.00份；水溶性热引发剂，0.10-3.00份；含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐，0.00-25.00份；含有一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，0.00-5.00份；无机碱，0-5份；余量为水；
(2)用10％-50％的水溶解无机碱，制得反应釜打底水；用10％-50％的水溶解水溶性热引发剂，制得引发剂溶液；用1％-30％的水溶解含有一个双键的水溶性羧酸单体或其可形成的盐、含有一个双键的水溶性羟基单体、一个双键的水溶性氨基单体、一个双键的水溶性磺酸单体或其可形成的盐，以及含有一个双键的水溶性表面活性单体，制得单体混合液；
(3)将上述反应釜打底水加入反应釜中，调节釜温至60-120℃，搅拌均匀；
(4)将上述引发剂溶液和单体混合液缓慢加入反应釜中；
(5)将反应釜保温，调节溶液的pH至4-9，制得亲水树脂溶液备用；
(6)20-50℃下将按质量比10.00-90.00份亲水树脂溶液、0.50-10.00份固化剂、0.01-1.00份催化剂、0.00-1.00份颜料和余量水搅拌混合均匀，获得总量为100份的亲水箔涂料。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；水溶性热引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸或偶氮二异丙基咪唑啉；含有一个双键的水溶性羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸；含有一个双键的水溶性羟基单体选自丙烯酸羟乙基、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙基或甲基丙烯酸羟丙酯；含有一个双键的水溶性氨基单体选自丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-羟乙基丙烯酰胺；含有一个双键的水溶性磺酸单体选自甲基丙烯磺酸、对苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸；含有一个双键的水溶性表面活性单体选自阴离子型表面活性单体、非离子型表面活性单体或阴非离子复合型表面活性单体；固化剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、季戊二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、氨基树脂；所述催化剂选自甲基苯磺酸胺、对十二烷基磺酸胺、甲基苯磺酸胺或对十二烷基磺酸胺。
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