CN106084191A - 水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆及制备方法 - Google Patents

水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆及制备方法，属于化工领域，以解决现有方法制备的环氧改性醇酸树脂尊重耐紫外线差、耐候性差的问题。一种水性醇酸树脂，由下述重量份的原料组成：不饱和脂肪酸20—22份、多元醇17—19份、多元酸11—13份、二甲苯2—4份、偏苯三酸酐4—6份、助溶剂17—19份、中和剂4—5份、水18—20份。一种水性醇酸氨基烤漆，由下述原料组成：上述水性醇酸树脂、水性氨基树脂、底材润湿剂、分散剂、助溶剂、颜填料、流变助剂、流平剂、消泡剂，余量由水补足。本发明制备的水性醇酸树脂，具有优异的保光保色性、耐候性。本发明制备的水性醇酸氨基烤漆，具有硬度高、耐冲击性优良等特点。

Description

水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆及制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆及制备方法。
背景技术
醇酸树脂是涂料合成树脂中用量最大的一类树脂。其原料来源丰富、价格低、合成工艺简单，前景十分广阔。醇酸树脂主要以动植物油酸、多元醇和多元酸作为主要原料。市场要求烤漆树脂干性好、光泽高、硬度高，耐候性佳，更重要的是要环保，对身体无害。而溶剂型烤漆涂料在喷涂及烘烤中会产生有毒气体，严重危害人类健康。水性醇酸树脂制备方法生产工艺简单，原料易得，生产成本低，对环境无污染,是备受青睐的一款树脂。但一般的水性醇酸树脂干性、附着力较差、耐候性也不够。所以有很多针对此问题对醇酸树脂进行改进的研究。
现有方法制备的树脂对附着力有所改善，但由于其醚键的存在，该方法合成的环氧改性醇酸树脂仍然有耐紫外线差、耐候性差的问题。而且水性环氧改性的醇酸树脂稳定性较差，制漆易出现分水等现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种水性醇酸树脂，以解决现有方法制备的环氧改性醇酸树脂尊重耐紫外线差、耐候性差的问题；
本发明的另一个目的是提供一种含该树脂的氨基烤漆；
本发明的再一个目的是提供一种水性醇酸树脂和含该树脂的氨基烤漆的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种水性醇酸树脂，它由下述重量份的原料组成：不饱和脂肪酸20—22份、多元醇17—19份、多元酸11—13份、二甲苯2—4份、偏苯三酸酐4—6份、助溶剂17—19份、中和剂4—5份、水18—20份。
作为本发明的进一步改进，所述不饱和脂肪酸为豆油、亚麻油、桐油或脱水蓖麻油中的一种。该不饱和脂肪酸为半干性油和干性油，其组成中双键数目较多，制备出的漆膜性能更佳。
作为本发明的进一步改进，所述多元酸为间苯二甲酸酐、马来酸酐或者顺丁烯二酸酐中的两种，马来酸酐或者顺丁烯二酸酐占间苯二甲酸酐质量的10—30%。其中的间苯二甲酸酐制备的树脂具有染色快、柔韧性好、耐热和耐酸性好的特点。少量的马来酸酐、顺丁烯二酸酐可改善树脂的保色性和防水性。
作为本发明的进一步改进，所述溶剂为异丙醇、乙二醇单丁醚、正丁醇或乙醇中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述中和剂为二甲基乙醇胺、AMP-95或者C-328中的一种。其中AMP-95、C-328 其主要成分均为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，和胺类中和剂相比有更低的气味。商购的C-328更是在气味和颜色上优于其他同类产品，所制漆膜无黄变。
上述水性醇酸树脂的制备方法，包括以下骤：
A、形成主链：在反应釜中加入2/3的不饱和脂肪酸、多元醇、多元酸以及1/2的二甲苯，在搅拌下升温至175-190℃，酯化反应2.5—3h；
B、形成侧链：加入剩余的不饱和脂肪酸，再升温至210-230℃，酯化反应2—3h，至固体酸价在8—10mgKOH/g；
C、水性化：降温至150-160℃，加入偏苯三酸酐和剩余1/2的二甲苯；在搅拌下升温至170-190℃，酯化反应1.0—2h，至固体酸价在35—40mgKOH/g；
D、除溶剂、中和稀释：在170-190℃下减压除去二甲苯；降温至70℃以下，加入助溶剂，搅拌均匀；再加入中和剂和水，得到水性醇酸树脂。
一种水性醇酸氨基烤漆，由下述重量含量的原料组成：权利要求1的水性醇酸树脂50—65%、水性氨基树脂10—15%、底材润湿剂1—1.5%、分散剂1—1.5%、助溶剂2—8%、颜填料15—30%、流变助剂0.2—0.5%、流平剂0.1—0.3%、消泡剂0.1—0.3%，余量由水补足。
作为本发明的进一步改进，所述水性氨基树脂为丁醇醚化三聚氰胺树脂或甲醇醚化三聚氰胺树脂中的一种；所述底材润湿及剂为BYK-3035、BYK-347或BYK-3455中的一种；分散剂为BYK-190或BYK-2010中的一种；所述助溶剂为乙醇、乙二醇单丁醚或丁醇中的一种；所述流变助剂为BYK-425 、BYK-420或RM-8W中的一种；所述流平剂为BYK-345或BYK-346中的一种；所述消泡剂为BYK-024或tego-810中的一种。
上述的水性醇酸氨基烤漆的制备方法，包括以下步骤：
在砂磨机分散罐中加入水性醇酸树脂，开启搅拌转速为800-1000r/min，再加入助溶剂，搅拌15-25min后，搅拌状态下依次加入分散剂、1/2的消泡剂、颜填料，搅拌均匀后研磨至细度≤20微米；搅拌状态下加入水性氨基树脂，底材润湿剂、剩余1/2的消泡剂、流平剂，搅拌均匀后再用流变助剂和水调整粘度。
发明的创新点是利用高聚物脂肪酸法先制成高分子量主链，再反应进行扩充侧链。得到烘干后硬度、光泽、保色、耐磨性等优异的短油度醇酸树脂；调整醇超量，使醇酸树脂分子中有大量游离的羟基，以保证其与氨基树脂中的羟甲基、烷氧基充分进行缩合反应。最终得到性能优异的水性醇酸氨基烤漆。
本发明先将全部的多元酸、多元醇与一部分不饱和脂肪酸反应至低酸值，合成高分子量主链；再加入剩余量的不饱和脂肪酸继续反应形成侧链；最后加入偏苯三酸酐水性化，抽真空后加入中和剂、助溶剂调至粘度、固体份合格。得到颜色浅、干燥快、耐化学品性好的短油度水性醇酸树脂。
本发明制备的水性醇酸树脂，具有优异的保光保色性、耐候性。制备方法生产工艺简单，原料易得，生产成本低。
将本发明制备的水性醇酸氨基烤漆作金属材料的防腐蚀保护涂料，具有硬度高、光泽好、耐冲击性优良等特点。且该水性涂料，降低 VOC 含量，降低了对环境和人体的危害，制漆工艺简单，施工安全方便。环保、节省能源。
短油度醇酸树脂烘干之后在硬度、光泽、保色、耐磨性等方面优于长油度醇酸树脂。再添加氨基树脂、颜填料、助剂、催干剂等制备水性醇酸氨基烤漆。本发明制备的水性醇酸氨基烤漆，具有硬度高、耐冲击性优良等特点，该烤漆中无溶剂，VOC 排放量极低；性能能够达到或超过同类溶剂型涂料的性能指标，而且节能、环保，提高了运输、施工的安全性，适合于大规模推广应用。
将本发明制备的水性醇酸树脂应用于制备水性醇酸氨基烤漆，制得的水性醇酸氨基烤漆，采用喷涂方式涂覆于标准马口铁板表面上，在120—130℃条件下烘烤20—30min，铁板表面形成一层厚度为20—25µm的漆膜，取出放至恒温，进行各项性能检测。该漆膜的检测性能及检测方法如下：
漆膜颜色及外观测试按照GB/T9761-2008的规定进行检测；漆膜附着力测试按照GB/T1720-1988的规定，使用划格法进行测试；漆膜硬度测试按照GB/T1730-2007的规定进行检测，按标准测试方法进行摆杆阻尼试验；漆膜柔韧性测试按照GB/T1731-2007的规定进行检测；漆膜耐冲击性检测按照GB/T 1732-2007的规定进行检测，漆膜耐盐雾性测试按照GB/T1771-1991的规定进行检测。
附图说明
图 1是本发明制备的水性醇酸树脂的FTIR红外光谱分析谱图。
具体实施方式
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
下列实施例中的原料均为商购。
实施例1
1、水性醇酸树脂的配方：豆油220g、间苯二甲酸酐100g、马来酸酐30g、季戊四醇170g、偏苯三酸酐50g、异丙醇180g、二甲基乙醇胺中和剂50g,水200g。
2、水性醇酸树脂的制备方法
A、在反应釜中加入2/3的豆油、间苯二甲酸酐、马来酸酐、季戊四醇、二甲苯20g，该二甲苯主要起到回流作用，用于带出酯化反应生成的水，促进酯化反应的正向进行。开动搅拌，在搅拌下升温至175℃，保持3h；
B、在反应釜中再加入剩余1/3的豆油升温至210℃，保持酯化反应0.5h后，开始取样测酸价，之后每间隔0.5h取样一次测酸价，共保持酯化反应2.5h，测得酸价为9.6mgKOH/g。
C、降低温度至155℃，加入50g偏苯三酸酐和20g二甲苯，升温至185℃，保持酯化反应1.0h后，开始取样测酸价，之后每间隔15min取样一次测酸价，保持酯化反应1.8h后，测得固体酸价为39.5mgKOH/g。
D、达到酯化终点后，在185℃下减压除去二甲苯。降温至70℃，加入180g异丙醇，50g二甲基乙醇胺中和剂，200g水，搅拌均匀，得到水性醇酸树脂。
该实施例制备出的水性醇酸树脂，颜色≤14#（Fe-Co），最终固体酸价为37mgKOH/g，粘度为14s（格式管）。
3、水性醇酸树脂在水性醇酸氨基烤漆中的应用
选用本实施例制备的水性醇酸树脂，根据上述烤漆配方制备得到水性醇酸氨基烤漆。
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面， 120℃烘箱放置30min，干膜厚度为23微米，硬度为0.68，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为240h不起泡、不开裂、不剥落。
实施例2
1、水性醇酸树脂的配方：桐油200g、间苯二甲酸酐100g、顺丁烯二酸酐30g、三羟甲基丙烷190g、偏苯三酸酐50g、正丁醇180g、AMP-95中和剂50g,水200g。
2、水性醇酸树脂的制备方法
A、在反应釜中加入2/3的桐油、间苯二甲酸酐100g、顺丁烯二酸酐30g、三羟甲基丙烷190g、二甲苯20g，该二甲苯主要起到回流作用，用于带出酯化反应生成的水，促进酯化反应的正向进行。开动搅拌，在搅拌下升温至180℃，保持2.5h；
B、在反应釜中再加入剩余1/3的桐油，升温至230℃，保持酯化反应0.5h后，开始取样测酸价，之后每间隔0.5h取样一次测酸价，共保持酯化反应2.3h，测得酸价为9.2mgKOH/g。
C、降低温度至160℃，加入50g偏苯三酸酐和20g二甲苯，升温至170℃，保持酯化反应1.0h后，开始取样测酸价，之后每间隔15min取样一次测酸价，保持酯化反应2h后，测得固体酸价为38.4mgKOH/g。
D、达到酯化终点后，在170℃下减压除去二甲苯。降温至70℃，加入180g正丁醇，50gAMP-95中和剂，200g水，搅拌均匀，得到水性醇酸树脂。
该实施例制备出的水性醇酸树脂，颜色≤14#（Fe-Co），最终固体酸价为36mgKOH/g，粘度为16s（格式管）。
3、水性环氧改性醇酸树脂在涂料中的应用
选用本实施例制备的水性醇酸树脂，根据上述烤漆配方制备得到水性醇酸氨基烤漆。
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面， 120℃烘箱放置30min，干膜厚度为25微米，硬度为0.62，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为240h不起泡、不开裂、不剥落。
实施例3
1、水性醇酸树脂的配方：亚麻油210g、间苯二甲酸酐110g、顺丁烯二酸酐20g、三羟甲基丙烷190g、偏苯三酸酐60g、乙二醇单丁醚190g、C-328中和剂50g,水200g。
2、水性醇酸树脂的制备方法
A、在反应釜中加入2/3的亚麻油、间苯二甲酸酐110g、顺丁烯二酸酐20g、三羟甲基丙烷190g、二甲苯20g，该二甲苯主要起到回流作用，用于带出酯化反应生成的水，促进酯化反应的正向进行。开动搅拌，在搅拌下升温至190℃，保持2.5h；
B、在反应釜中再加入剩余1/3的亚麻油，升温至215℃，保持酯化反应0.5h后，开始取样测酸价，之后每间隔0.5h取样一次测酸价，共保持酯化反应2.0h后，测得酸价为9.5mgKOH/g。
C、降低温度至160℃，加入50g偏苯三酸酐和20g二甲苯，升温至185℃，保持酯化反应1.0h后，开始取样测酸价，之后每间隔15min取样一次测酸价，保持酯化反应2h后，测得固体酸价为38.9mgKOH/g。
D、达到酯化终点后，在175℃下减压除去二甲苯。降温至70℃，加入180g正丁醇，50gC-328中和剂，200g水，搅拌均匀，得到水性醇酸树脂。
该实施例制备出的水性醇酸树脂，颜色≤14#（Fe-Co），最终固体酸价为36mgKOH/g，粘度为17s（格式管）。
3、水性环氧改性醇酸树脂在涂料中的应用
实施例4
1、水性醇酸树脂的配方：脱水蓖麻油210g、间苯二甲酸酐100g、马来酸酐10g、三羟甲基丙烷180g、偏苯三酸酐40g、乙醇170g、C-328中和剂40g,水180g。
2、水性醇酸树脂的制备方法
A、在反应釜中加入2/3的脱水蓖麻油、间苯二甲酸酐110g、马来酸酐20g、三羟甲基丙烷180g、二甲苯10g，该二甲苯主要起到回流作用，用于带出酯化反应生成的水，促进酯化反应的正向进行。开动搅拌，在搅拌下升温至190℃，保持2.5h。
B、在反应釜中再加入1/3的脱水蓖麻油，升温至220℃，保持酯化反应0.5h后，开始取样测酸价，之后每间隔0.5h取样一次测酸价，共保持酯化反应3h，测得酸价为9.2mgKOH/g。
C、降低温度至150℃，加入50g偏苯三酸酐和10g二甲苯，升温至190℃，保持酯化反应2.0h后，开始取样测酸价，之后每间隔15min取样一次测酸价，保持酯化反应1.5h后，测得固体酸价为39.1mgKOH/g。
D、达到酯化终点后，在190℃下减压除去二甲苯。降温至70℃，加入180g乙醇，50gC-328中和剂，200g水，搅拌均匀，得到水性醇酸树脂。
该实施例制备出的水性醇酸树脂，颜色≤14#（Fe-Co），最终固体酸价为38mgKOH/g，粘度为15s（格式管）。
3、水性醇酸树脂的红外光谱谱图分析
图1示出了本发明水性醇酸树脂的FTIR红外光谱分析。由图1可知，在3387cm-1处出现宽的吸收峰，是分子间氢键羟基(-OH)的伸缩振动，表明合成的水性醇酸树脂上有部分羟基；3O69cm-1是脂肪酸中形成以SP2杂化轨道为主的碳碳不饱和双键（=C-H）的吸收峰；2927cm-1和2856cm-1是以SP3杂化轨道为主的C-H的伸缩振动吸收峰；其中2096cm-1是炔烃的吸收峰；1769cm-1有很强的C=O伸缩吸收，表明进行了酯化反应，体系中存在酯键；1580cm-1是羧基(-COOH)的吸收峰，说明合成的水性醇酸树脂分子上保留了部分羧基；1380cm-1是酸酐的吸收峰；1277cm-1是C-0-C不对称伸缩谱带，1072cm-1是C-0-C对称伸缩谱带，表明树脂体系中存在醚键；743cm-1芳烃的吸收峰，说明水性醇酸树脂中有苯环。
4、水性醇酸树脂在涂料中的应用
选用本实施例制备的水性醇酸树脂，根据上述烤漆配方制备得到水性醇酸氨基烤漆。
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面， 120℃烘箱放置30min，干膜厚度为25微米，硬度为0.71，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为240h不起泡、不开裂、不剥落。
实施例5
1、水性烤漆的配方
由下述重量含量的原料组成：实施例4制备水性醇酸树脂50%，甲醇醚化三聚氰胺树脂15%，底材润湿剂BYK-3035 1%，分散剂BYK-2010为1%，乙醇8%，颜填料18.3%，流变助剂BYK-425 0.4%，流平剂BYK-346 0.1%，消泡剂BYK-024 0.1%，余量由水补足。
2、水性烤漆的制备方法
在砂磨机分散罐中加入水性醇酸树脂，开启搅拌转速为1000r/min，再加入助溶剂，搅拌20min后，依次加入底材润湿剂、分散剂、1/2的消泡剂，颜填料。搅拌均匀后研磨至细度≤20微米。
搅拌状态下加入水性氨基树脂、流变助剂、流平剂、剩余1/2的消泡剂，搅拌均匀后再用水调整粘度。
3、水性烤漆的性能检测
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面，120℃烘箱放置30min，干膜厚度为23微米，硬度为0.75，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为240h不起泡、不开裂、不剥落。
实施例6
1、水性烤漆的配方
由下述重量含量的原料组成：实施例4制备水性醇酸树脂60%，丁醇醚化三聚氰胺树脂13%，底材润湿剂BYK-347为1.5%，分散剂BYK-190为1%，乙二醇单丁醚4%，颜填料20.0%，流变助剂BYK-420为0.2%，流平剂BYK-345为 0.2%，消泡剂tego-810为0.2%，余量由水补足。
2、水性烤漆的制备方法
在砂磨机分散罐中加入水性醇酸树脂，开启搅拌转速为800r/min，再加入助溶剂，搅拌15min后，搅拌状态下依次加入分散剂、1/2的消泡剂、颜填料。搅拌均匀后研磨至细度≤20微米。
3、水性烤漆的性能检测
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面，120℃烘箱放置30min，干膜厚度为25微米，硬度为0.72，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为268h不起泡、不开裂、不剥落。
实施例7
1、水性烤漆的配方
由下述重量含量的原料组成：实施例4制备水性醇酸树脂65%，丁醇醚化三聚氰胺树脂10%，底材润湿剂BYK-3455为1%，分散剂BYK-2010 1.5%，丁醇2%，颜填料15.0%，流变助剂RM-8W为0.1%，流平剂BYK-346 0.3%，消泡剂BYK-024 0.3%，余量由水补足。
2、水性烤漆的制备方法
在砂磨机分散罐中加入水性醇酸树脂，开启搅拌转速为1000r/min，再加入助溶剂，搅拌25min后，搅拌状态下依次加入分散剂、1/2的消泡剂、颜填料。搅拌均匀后研磨至细度≤20微米。
3、水性烤漆的性能检测
将该水性醇酸氨基烤漆采用喷涂的方法，均匀涂覆在标准的马口铁版表面，120℃烘箱放置30min，干膜厚度为25微米，硬度为0.75，附着力为2级，冲击强度为50cm，柔韧性为1mm，耐盐水为300h不起泡、不开裂、不剥落。

Claims (9)

1.一种水性醇酸树脂，其特征在于它由下述重量份的原料组成：不饱和脂肪酸20—22份、多元醇17—19份、多元酸11—13份、二甲苯2—4份、偏苯三酸酐4—6份、助溶剂17—19份、中和剂4—5份、水18—20份。
2.根据权利要求1所述的水性醇酸树脂，其特征在于：所述不饱和脂肪酸为豆油、亚麻油、桐油或脱水蓖麻油中的一种。
3.根据权利要求1或2所述水性醇酸树脂，其特征在于：所述多元酸为间苯二甲酸酐、马来酸酐或者顺丁烯二酸酐中的两种，马来酸酐或者顺丁烯二酸酐占间苯二甲酸酐质量的10—30%。
4.根据权利要求3所述水性醇酸树脂，其特征在于：所述溶剂为异丙醇、乙二醇单丁醚、正丁醇或乙醇中的一种。
5.根据权利要求4所述水性醇酸树脂，其特征在于：所述中和剂为二甲基乙醇胺、AMP-95或者C-328中的一种。
6.权利要求1所述水性醇酸树脂的制备方法，其特征在于它包括以下骤：
A、形成主链：在反应釜中加入2/3的不饱和脂肪酸、多元醇、多元酸以及1/2的二甲苯，在搅拌下升温至175-190℃，酯化反应2.5—3h；
B、形成侧链：加入剩余的不饱和脂肪酸，再升温至210-230℃，酯化反应2—3h，至固体酸价在8—10mgKOH/g；
C、水性化：降温至150-160℃，加入偏苯三酸酐和剩余1/2的二甲苯；在搅拌下升温至170-190℃，酯化反应1.0—2h，至固体酸价在35—40mgKOH/g；
D、除溶剂、中和稀释：在170-190℃下减压除去二甲苯；降温至70℃以下，加入助溶剂，搅拌均匀；再加入中和剂和水，得到水性醇酸树脂。
7.一种水性醇酸氨基烤漆，其特征在于它由下述重量含量的原料组成：权利要求1的水性醇酸树脂50—65%、水性氨基树脂10—15%、底材润湿剂1—1.5%、分散剂1—1.5%、助溶剂2—8%、颜填料15—30%、流变助剂0.2—0.5%、流平剂0.1—0.3%、消泡剂0.1—0.3%，余量由水补足。
8.根据权利要求1所述的水性醇酸氨基烤漆，其特征在于：所述水性氨基树脂为丁醇醚化三聚氰胺树脂或甲醇醚化三聚氰胺树脂中的一种；所述底材润湿及剂为BYK-3035、BYK-347或BYK-3455中的一种；分散剂为BYK-190或BYK-2010中的一种；所述助溶剂为乙醇、乙二醇单丁醚或丁醇中的一种；所述流变助剂为BYK-425 、BYK-420或RM-8W中的一种；所述流平剂为BYK-345或BYK-346中的一种；所述消泡剂为BYK-024或tego-810中的一种。
9.权利要求7或8所述的水性醇酸氨基烤漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在砂磨机分散罐中加入水性醇酸树脂，开启搅拌转速为800-1000r/min，再加入助溶剂，搅拌15-25min后，搅拌状态下依次加入分散剂、1/2的消泡剂、颜填料，搅拌均匀后研磨至细度≤20微米；搅拌状态下加入水性氨基树脂，底材润湿剂、剩余1/2的消泡剂、流平剂，搅拌均匀后再用流变助剂和水调整粘度。
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