CN106084975A - 一种复合型润湿剂及其组成的涂料 - Google Patents

一种复合型润湿剂及其组成的涂料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合型润湿剂及其组成的涂料。一种复合型润湿剂，按重量计，主要包括聚醚改性有机硅表面活性剂5‑40％、炔二醇表面活性剂50‑90％和异构化低泡特效聚醚增溶剂1‑10％。本发明的复合型润湿剂具有较低的静态表面张力以及动态表面张力，同时具有好的体系相容性，并显著的改善了聚醚改性有机硅稳泡性问题，可以适用于丙烯酸树脂体系、聚氨酯体系等不同树脂体系的水性木器漆。

Description

一种复合型润湿剂及其组成的涂料
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其是涉及一种复合型润湿剂及其组成的涂料。
背景技术
水性木器清漆中,树脂固含量大约占30％,其余60％～70％为水和有机溶剂。水的表面张力高,为72mN/m,对基材的润湿能力差；水性树脂体系为乳液型或水分散型,如要分散稳定,需要添加多种助剂,是一个较为复杂的体系,与溶剂型相比,体系的相容性易出现问题。水的表面张力高,助溶剂的表面张力较低，要实现良好的润湿、铺展效果,必须选择适当的基材润湿剂。基材润湿剂能有效降低体系的表面张力,增加对木材的润湿性和渗透性,提高层间附着力,相容性好,一般要溶于水,与体系其它组分相容性好,不会引起重涂和附着力下降的问题,低气泡,不稳泡,对水的敏感性低。由于水性木器漆主要采用刷涂施工,这就要求基材润湿剂在高动态施工过程中也能改善润湿和流动性能，迅速地降低表面张力，并可以抑制泡沫，促进脱泡。
目前在水性木器涂料行业应用的润湿剂主要分为以下几类：
1)聚醚改性硅氧烷类，市场上产品如基材润湿剂有Wet265(Tego)、Wet500(Tego)、BYK-346(BYK)、H-140(Cognis)等；
2)非离子类，市场上产品如JFC,AEO系列等；
3)阴离子类，市场上产品如OT75等。
专利申请CN104312256A报道了聚醚改性硅氧烷类表面活性剂的制备，可以有效地降低水性涂料体系的表面张力，从而达到基材润湿和流动流平等目的。但是此类表面活性剂具有很强的稳泡倾向，然而气泡是影响产品品质和涂膜外观的主要缺陷之一。同时聚醚改性有机硅润湿剂动态表面张力与静态张力相差较大，在高动态施工过程中性能会下降。
专利申请US2997447和专利申请US3268593报道了乙氧基化的炔二醇类表面活性剂，能够提供优良的润湿、泡沫控制、宽泛的配方适应性，但是静态表面张力过高，润湿性较有机硅类有一定缺陷。阴离子类的润湿剂稳泡性更强，漆膜耐水性能下降。因此在单独使用其中一种润湿剂时，往往达不到全面的应用效果，水性涂料和水性油墨行业迫切需要一种润湿性良好，动静态表面张力较低，消泡抑泡性良好的润湿剂。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合型润湿剂，所述的复合型润湿剂具有较低的静态表面张力以及动态表面张力，同时具有好的体系相容性，并显著地改善了聚醚改性有机硅稳泡性问题，可以适用于丙烯酸树脂体系、聚氨酯体系等不同树脂体系的水性木器漆。
本发明的另一目的在于提供一种涂料，所述的涂料解决了高速施工过程中润湿不良的问题，其对木材的润湿性和渗透性更强，层间附着力更大。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种复合型润湿剂，按重量计，主要包括聚醚改性有机硅表面活性剂5-40％、炔二醇表面活性剂50-90％和异构化低泡特效聚醚增溶剂1-10％；
所述聚醚改性有机硅表面活性剂的通式为：
所述炔二醇表面活性剂的通式为：
所述异构化低泡特效聚醚增溶剂的通式为：
R4{M(EO)c(PO)dR5}e；
其中，R1为封端基团，为烷基或者酰基，用以下结构通式表示：CH3(CH2)p(CO)q-,式中p为-CH2-的聚合度，为0～3的整数；q为0或者1；x和y分别为环氧丙烷和环氧乙烷的聚合度，x+y为1～15的正整数；n为硅氧烷基聚合度，为0～4的整数；
R2和R3为直链或者支链烷烃，碳数为1～10；a和b为环氧乙烷的聚合度，a+b为0～10的整数；
M为链接基团，为-O-或者-CO-，c和d分别为环氧乙烷和环氧丙烷的聚合度，c+d为1～30的正整数；R4为碳原子数为1～20的直链或者支链烷烃基，R5为封端基团，为碳原子数为1～8的直链或者支链烷烃基；e小于或者等于R4的碳原子数。
本发明是通过将聚醚改性有机硅表面活性剂、炔二醇表面活性剂按照一定比例混合，并通过添加一定比例的特效低泡增溶剂，使产品具有较低的静态表面张力以及动态表面张力，同时具有好的体系相容性，并显著地改善了聚醚改性有机硅稳泡性问题。较低的动态表面张力解决了水性木器漆在高速施工过程中润湿不良问题；优异的抑泡性避免水性木器漆配方设计时需要加入强力消泡剂；同时特效低泡增溶剂的加入，使炔二醇表面活性剂和聚醚改性有机硅表面活性剂混合后的相容性大大提高，可以适用于丙烯酸树脂体系、聚氨酯体系等不同树脂体系的水性木器漆。
本发明的复合型润湿剂不仅可以用于木器漆领域，还可以用于其它对表明活性有高要求的领域，例如日化领域。
本发明所述的聚醚改性有机硅表面活性剂既可以现购，也可以由含氢硅氧烷与烯丙基聚醚或烯丙基封端聚醚在氯铂酸催化下，发生硅氢加成反应得到。其中，分子量优选为300～1500，更优选500-1000。R1选自乙酰基、丙酰基、丁酰基中的一种，优选乙酰基。或者，R1选自甲基、乙基、异丙基、丁基中的一种，优选甲基或丁基。或者，x+y为3～8的正整数；n为0或1。以上这些表面活性剂都具有较低的静态表面张力，与炔二醇表面活性剂的协同效果更佳。
本发明所述的炔二醇表面活性剂既可以现购，也可以以烷基炔二醇为起始剂(如2,4,7,9-四甲基-5-炔二醇)，在碱催化下与环氧乙烷EO和/或环氧丙烷PO进行开环加成得到的产物。其中，分子量优选为200-1000，更优选200-800，300-600。或者，R2和R3的碳原子数分别独立地优选为1～5；或者，a+b优选为3～8的整数。以上这些表面活性剂都具有较低的动态表面张力，与聚醚改性有机硅表面活性剂的协同效果更佳。
应当注意地是，本发明将聚醚改性有机硅表面活性剂、炔二醇表面活性剂组合后，所产生的效果并不是两者简单的组合，即并不是效果的叠加，而是在某些方面互相抵触，某些方面互相增强，最终使得复合物既具有较低的静态表面张力以及动态表面张力，还具有好的体系相容性和低稳泡性。
本发明所述的异构化低泡特效聚醚增溶剂既可以现购，也可以脂肪醇聚醚起始剂为单官能团或者多官能团进行聚合，例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、己醇、辛醇、十二醇、十八醇、二十醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇等，优选己醇、辛醇、丙三醇。
其中，增溶剂的分子量优选为500-2000，更优选600-1000；或者，所述异构化低泡特效聚醚增溶剂的浊点为5～80℃，优选40-60℃。或者，R4的碳原子数为1～8；优选地，R5为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、己基、辛基中的一种；优选甲基或丁基。或者，c+d优选为10-12的整数。
这些增溶剂都能更好地解决增溶问题，同时不影响其他两种表面活性剂复合后的优良润湿性。
本发明的复合润湿剂只需将三种原料混合即可，优选先将聚醚改性有机硅表面活性剂与炔二醇表面活性剂混合，搅拌下加入特效低泡增溶剂，充分搅拌均匀即可。
上文所述的复合润湿剂可以应用于不同领域，尤其是涂料、油墨等复合型的液态或如乳状产品。例如一种涂料，其含有本发明所述的硅氧烷改性烷氧基化炔二醇；在此基础上，还可以包含其他的基本成分，例如成膜物质、乙二醇丁醚(成膜助剂)、消泡剂TEGO 902。
成膜物质优选丙烯酸树脂或聚氨酯。
各成分的比例优选为：按重量计，0.3-0.7％所述复合型润湿剂，93-95％成膜物质，4-6％乙二醇丁醚，0.2-0.4％消泡剂TEGO 825。
与现有技术相比，本发明可以达到以下技术效果：
(1)润湿性良好，润湿过程的铺展速率快，能快速润湿基材底料。
(2)具有较低的静态表面张力，对低表面能基材良好快速润湿，消除由于表面活性剂的使用而造成的气泡、缩孔、凹穴和缩边等表面缺陷。
(3)该润湿剂不仅对水性木器涂料体系提供有效的润湿流平，还与其他组分兼容良好，比如乳液、增黏树脂和流变助剂。
(4)具有较好的抑泡性，并且在施工过程中有助于体系的消泡，对产品的综合效能不产生不良影响。
(5)具有较低的动态表面张力，可用于水性油墨体系中。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
所有实施例所用原料的通式相同，均由聚醚改性有机硅表面活性剂、炔二醇表面活性剂和异构化低泡特效聚醚增溶剂组成，具体配方如表4所示。涉及的各原料的类型如表1至3所示。
聚醚改性有机硅表面活性剂的通式为：
炔二醇表面活性剂的通式为：
异构化低泡特效聚醚增溶剂的通式为：
R4{M(EO)c(PO)dR5}e。
表1聚醚改性有机硅表面活性剂的化学构成
化合物代号 R1 n x y
A-1 CH3- 0 1 6
A-2 CH3- 0 0 8
A-3 CH3(CH2)3- 4 3 12
A-4 CH3(CH2)3- 4 0 3
A-5 CH3(CH2)3- 1 0 1
表2炔二醇表面活性剂的化学构成
化合物代号 R2 R3 a+b
B1 (CH3)2CHCH2- CH3- 4
B2 (CH3)2CHCH2CH2- CH3- 4
B3 (CH3)2CHCH2CH2- CH3- 8
B4 (CH3)7CHCH2CH2- CH3- 10
表3聚醚增溶剂的化学构成
表4复合润湿剂的配方
测试以上实施例的性能，结果如下表5至8。
润湿剂的性能测量方法：
1)润湿剂的表面张力测量方法：配置添加量为0.1％的水溶液，通过白金板法测试其静态表面张力，静态表面张力越低，说明对木材润湿效果越好；通过最大气泡法测量动态表面张力，动态表面张力越低，说明在高速施工过程中润湿性越好。
2)润湿剂的稳泡抑泡性，采用鼓泡法测定。使用的设备为鼓泡器、量筒、秒表。向量筒中加入水性木器漆专用丙烯酸树脂乳液(帝斯曼R2005)，加入0.3％的润湿剂，插入通气管，开启鼓泡器，记录起泡液面到达至相应刻度需要的时间，时间越长，说明抑泡性越好；停止鼓泡后，记录液面下降至相应刻度需要的时间，时间越短，说明稳泡性越弱。
表5润湿性能
表面张力(mN/m) 实施例1 实施例2 实施例3 参考样1 参考样2
静态表面张力 24.8 22.0 22.8 26.0 21.0
动态表面张力(6个泡/秒) 40.0 33.2 34.0 35.1 48.0
表6润湿性能
表面张力(mN/m) 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
静态表面张力 24.7 19.2 23.4 19.1 18.9
动态表面张力(6个泡/秒) 41.2 30.6 36.2 29.9 31.4
注：参考样1为美国空气化工Surfanol 604(炔二醇聚醚)
参考样2为TEGO 245(有机硅聚醚)
表7抑泡稳泡性
表8抑泡稳泡性
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种复合型润湿剂，其特征在于，按重量计，主要包括聚醚改性有机硅表面活性剂5-40％、炔二醇表面活性剂50-90％和异构化低泡特效聚醚增溶剂1-10％；
所述聚醚改性有机硅表面活性剂的通式为：
所述炔二醇表面活性剂的通式为：
所述异构化低泡特效聚醚增溶剂的通式为：
R4{M(EO)c(PO)dR5}e；
其中，R1为封端基团，为烷基或者酰基，用以下结构通式表示：式中p为0～3的整数；q为0或者1；x和y分别为环氧丙烷和环氧乙烷的聚合度，x+y为1～15的正整数；n为硅氧烷基聚合度，为0～4的整数；
R2和R3为直链或者支链烷烃基，碳数为1～10；a和b为环氧乙烷的聚合度，a+b为0～10的整数；
M为链接基团，为-O-或者-CO-，c和d分别为环氧乙烷和环氧丙烷的聚合度，c+d为1～30的正整数；R4为碳原子数为1～20的直链或者支链烷烃基，R5为封端基团，为碳原子数为1～8的直链或者支链烷烃基；e小于或者等于R4的碳原子数。
2.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，所述聚醚改性有机硅表面活性剂的分子量为300～1500，优选500-1000。
3.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，所述炔二醇表面活性剂的分子量为200-1000，优选200-800，300-600。
4.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，所述异构化低泡特效聚醚增溶剂的分子量为500-2000，优选600-1000；优选地，所述异构化低泡特效聚醚增溶剂的浊点为5～80℃，优选40-60℃。
5.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，R1选自甲基、乙基、异丙基、丁基中的一种，优选甲基或丁基。
6.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，R1选自乙酰基、丙酰基、丁酰基中的一种，优选乙酰基。
7.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，x+y为3～8的正整数；n优选为0或1；a+b优选为3～8的整数,c+d优选为10-12的整数。
8.根据权利要求1所述的复合型润湿剂，其特征在于，R2和R3的碳原子数分别独立地为1～5；优选地，R4的碳原子数为1～8；优选地，R5为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、己基、辛基中的一种，优选甲基或丁基。
9.根据权利要求1-8任一项所述的复合型润湿剂，其特征在于，按重量计，聚醚改性有机硅表面活性剂15～30％、炔二醇表面活性剂60～80％和异构化低泡特效聚醚增溶剂3～7％。
10.一种涂料，其特征在于，所述涂料含有权利要求1-9任一项所述的复合型润湿剂；
优选地，所述涂料还包括：成膜物质、乙二醇丁醚、消泡剂TEGO 825；
所述成膜物质为丙烯酸树脂或聚氨酯。
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