CN106085160A - 一种超低voc含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法 - Google Patents

一种超低voc含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，涉及醇酸树脂涂料技术领域，包含醇酸树脂、第一乳化剂、PH调节剂、催干剂预乳化液、去离子水。催干剂预乳化液包含催干剂、第二乳化剂、络合剂、去离子水。催干剂预乳化液的制备步骤：将络合剂配成溶液；向乳化釜中加入催干剂、第二乳化剂，搅拌、升温；乳化釜内加入络合剂溶液与去离子水，降至室温出料。醇酸树脂乳液的制备方法：乳化釜中加入醇酸树脂，搅拌升温，再加入复合的第一乳化剂及催干剂预乳化液；将剩余第一乳化剂溶于热水滴加到乳化釜中；降至室温；乳化过程中采用阶梯变速搅拌。得到的乳液粒度小且分布窄，在贮存过程中稳定性好。

Description

一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及醇酸树脂涂料技术领域，具体涉及一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法。
背景技术
醇酸树脂涂料自问世以来，因其漆膜性能好、原料廉价易得，工艺成熟、不依赖石油资源等优点在工业涂料领域得到了广泛的应用。但是传统的醇酸树脂涂料为溶剂型，在生产和使用过程中大量的使用有机溶剂，而这些有机溶剂在施工阶段和干燥过程中排入大气中，不仅是对资源的极大浪费，更对环境及人体造成极大的危害。随着越来越多的环保法规的出台及人们环保意识的增强，低VOC（可挥发性有机物）含量的环境友好型的水性醇酸树脂涂料成为醇酸树脂涂料的发展方向。
水性醇酸树脂涂料以水为介质，能有效的降低醇酸树脂涂料的VOC含量，与传统溶剂型涂料相比具有环保、成本低、安全等优点。
水性醇酸树脂乳液的制备方法主要有内乳化和外乳化两种：
内乳化是在醇酸树脂的聚合过程中向聚合物分子中引入亲水基团，然后用适当的酸或碱中和成盐，从而增加树脂的亲水性，最终形成水性分散液或水溶液。但是这种方法需要加入一定量的有机助溶剂，即含有一定的VOC含量，无法做到超低VOC含量甚至零VOC的涂料，并且该方法得到的水性树脂涂料亲水基团较多，耐水解性较差。
外乳化是借助外加乳化剂的方法使树脂颗粒分散于水中，形成醇酸树脂乳状液。该方法工艺设备简单，在涂料生产过程中不添加含VOC物质，可以生产超低VOC含量甚至零VOC含量的醇酸树脂涂料，涂料的涂膜性能及耐水解性优异。
CN104530399A介绍了一种零VOC醇酸乳液的制备方法，该发明中先合成醇酸特定树脂，然后在70~80℃温度下加入适量乳化剂，匀速搅拌下加入适量的去离子水、PH调节剂等得到醇酸树脂乳液。但是该发明中加入乳化剂的量占醇酸树脂重量的10%，增加了生产成本，影响了漆膜的光泽、干燥等性能，并且其乳化过程需至少4.5小时，生产效率较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法。
本发明解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，其特征在于，包括以下成分：醇酸树脂100份、第一乳化剂3-5份、PH调节剂0.6-1份、催干剂预乳化液1-6份、去离子水88-95.4份。
优选的，所述醇酸树脂为市售中长油醇酸树脂；第一乳化剂为非离子乳化剂与阴离子乳化剂复合的复配乳化剂，非离子乳化剂为不含APEO的环保型乳化剂，阴离子乳化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种；PH调节剂为三乙胺、氨水、二甲基乙醇胺、氢氧化钾中的一种。
优选的，所述催干剂预乳化液包含以下成分，催干剂100份、第二乳化剂4-8份、络合剂4-10份、去离子水82-92份。
优选的，所述催干剂预乳化液的制作步骤为：
（1）、将配方量的络合剂溶于50℃~60℃的去离子水中配成10%的溶液备用；
（2）、向干净的乳化釜中加入配方量的催干剂、第二乳化剂，开启乳化釜搅拌，升温；
（3）、当乳化釜内温达到50℃~60℃后，加入温度为50℃~60℃的络合剂溶液和去离子水，搅拌20~30分钟后，停止乳化，降至室温、过滤、包装。
一种根据超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、向干净的带夹套的乳化釜中加入醇酸树脂，开启搅拌、升温，将物料升温至乳化温度后，加入配方量的第一乳化剂及催干剂预乳化液，搅拌20~40分钟使助剂与醇酸树脂混合均匀；
（2）、将剩余第一乳化剂溶于配方量的50℃~60℃的热水，加入到热水罐中，再将第一乳化剂溶液滴加到乳化釜中，滴加时间为40~60分钟；
（3）、继续搅拌10~20分钟，降温至室温，过滤、出料；
（4）、乳化过程中搅拌速度采用阶梯变速搅拌的方式。
优选的，所述步骤（1）中加入第一乳化剂的同时开始滴加浓度为10%的PH调节剂溶液，控制滴加速度在20~40分钟加完。
优选的，所述第一乳化剂的加入方式采用分步加入，乳化开始前加入总重量的70%~90%，剩余部分在乳化过程中采用滴加的方式加入。
优选的，所述步骤（4）中阶梯变速搅拌的方式，在转相前采用超高速搅拌，线速度达到12m/s以上，在转相后降低搅拌速度为6~8m/s，在热水滴加完后进一步降低搅拌转速为3~5m/s。
有益效果是：本发明主要是醇酸乳液的组成与制备，其中醇酸乳液中包含了催干剂预乳化液。催干剂预乳化液采用常规催干剂制成预乳化液，并加入络合剂生成络合物，不仅使催干剂与醇酸树脂乳液具有更好的相容性，使其具有更短的干燥时间，并保护了催干剂，使其在水中更稳定，避免了水性醇酸树脂乳液存放过程中的“失干”问题，且同市场上水性专用催干剂相比大大降低了成本。
第一乳化剂与第二乳化剂均采用非离子乳化剂与阴离子乳化剂复合的乳化剂，选用不含APEO的环境友好型乳化剂。第一乳化剂的加入采用分步加入的方式，乳化开始前加入总重量的70%~90%，剩余部分在乳化过程中采用滴加的方式加入。通过该加入方式，对乳液的粒径分布进行设计，既保证了较低的乳液粒径，又人为干预增加了超细粒子的含量，这些超细的粒子会在醇酸树脂涂料在成膜过程中填充入普通粒子的缝隙中，有效提高漆膜的致密性，进而提高漆膜的硬度、光泽度等性能。
乳化过程中搅拌速度采用阶梯式变速搅拌方式，转相前采用超高转速，使醇酸树脂在高速搅拌分散为小粒子，保证产品乳液的细粒径，在转向后降低转速，既保证了较高搅拌强度又保护已形成的乳液粒子不被高速剪切破环，保持乳液粒子的球形形态，在水滴加完后进一步降低转速，保证整个乳液混合均匀。
搅拌器采用乳化机头与浆式搅拌复合搅拌器，乳化机头保证高剪切力，保证乳液的超细粒径，但是乳化机头的均质能力有限，所以与浆式搅拌器复合使用，既保证了乳液粒度，又保证了均质能力，使得乳液产品的粒度较小且分布较窄。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施方式。
本发明出示一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法的具体实施方式：一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，包括以下成分：醇酸树脂100份、第一乳化剂3-5份、PH调节剂0.6-1份、催干剂预乳化液1-6份、去离子水88-95.4份。
所述醇酸树脂为市售中长油醇酸树脂，含量99%以上；第一乳化剂为非离子乳化剂与阴离子乳化剂复合的复配乳化剂，非离子乳化剂为不含APEO的环境友好型产品，如TMN-10（陶氏）、EFS-1330（上海忠诚）、EFS-3365（上海忠诚），阴离子乳化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、NOVELUTION S27N（沙索）中的一种。复合乳化剂的用量为醇酸树脂重量的3%~5%，3.5%~4.5%最优，非离子乳化剂与阴离子乳化剂的比例为5:1~1:1，3:1~2:1最优。；PH调节剂为三乙胺、氨水、二甲基乙醇胺、氢氧化钾中的一种，氢氧化钾最优，用量为醇酸树脂重量的0.6%~1%， 0.7%~0.8%最优。
催干剂预乳化液中催干剂含量为4%，催干剂预乳化液用量为醇酸树脂重量的1%~6%，2%~4%最优。催干剂预乳化液包含以下成分，催干剂100份、第二乳化剂4-8份、络合剂4-10份、去离子水82-92份。
其中催干剂为钴、锰、稀土等常用催干剂的一种或几种，如：异辛酸钴、环烷酸锰等。第二乳化剂为非离子/阴离子复配乳化剂，非离子乳化剂为不含APEO的环境友好型产品，如TMN-10（陶氏）、EFS-1330（上海忠诚）、EFS-3365（上海忠诚），阴离子乳化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、NOVELUTION S27N（沙索）。复合乳化剂的用量为催干剂溶液重量的4%~8%，非离子乳化剂与阴离子乳化剂的比例为2:1~1:2。络合剂为乙二胺四乙酸二钠，用量为催干剂的4%~10%。
所述催干剂预乳化液的制作步骤为：（1）、将配方量的络合剂溶于50℃~60℃的去离子水中配成10%的溶液备用；（2）、向干净的乳化釜中加入配方量的催干剂、第二乳化剂，开启乳化釜搅拌，升温；（3）、当乳化釜内温达到50℃~60℃后，加入温度为50℃~60℃的络合剂溶液和去离子水，搅拌20~30分钟后，停止乳化，降至室温、过滤、包装。
一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、向干净的带夹套的乳化釜中加入醇酸树脂，开启搅拌、升温，将物料升温至乳化温度后，加入配方量的第一乳化剂及催干剂预乳化液，搅拌20~40分钟使助剂与醇酸树脂混合均匀，加入第一乳化剂的同时开始滴加浓度为10%的PH调节剂溶液，控制滴加速度在20~40分钟加完，第一乳化剂的加入方式采用分步加入，乳化开始前加入总重量的70%~90%，剩余部分在乳化过程中采用滴加的方式加入；（2）、将剩余第一乳化剂溶于配方量的50℃~60℃的热水，加入到热水罐中，再将第一乳化剂溶液滴加到乳化釜中，滴加时间为40~60分钟；（3）、继续搅拌10~20分钟，降温至室温，过滤、出料，乳化搅拌采用乳化头与浆式搅拌相结合的搅拌形式；（4）、乳化过程中搅拌速度采用阶梯变速搅拌的方式，在转相前采用超高速搅拌，线速度达到12m/s以上，在转相后降低搅拌速度为6~8m/s，在热水滴加完后进一步降低搅拌转速为3~5m/s。
实施例1
本发明出示一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液及其制备方法的具体实施方式：一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法：向干净的带夹套的1000L乳化釜中加入400kg醇酸树脂，开启搅拌，转速为400r/min，将物料升温至50℃，加入催干剂预乳化液8kg、TMN-10乳化剂7.0kg和NOVELUTION S27N乳化剂7.0kg，同时开始滴加24kg含量为10%的50℃的氢氧化钾溶液，搅拌20分钟使第一乳化剂与醇酸树脂混合均匀。将TMN-10乳化剂3.0kg和NOVELUTION S27N乳化剂3.0kg溶于348kg50℃的热水，加入到热水罐中。搅拌转速调至750r/min，将第一乳化剂溶液匀速滴加到乳化釜中，滴加时间为50分钟。滴加21分钟时将搅拌调至400r/min，滴加完成后将搅拌调至250r/min，搅拌10分钟，降温至室温后过滤、出料。
其中催干剂预乳化液的制备方法为：将0.9kg乙二胺四乙酸二钠溶于8.1kg的60℃去离子水中配成10%的溶液备用。向干净的乳化釜中加入15kg钴催干剂（上海长风）、0.5kgTMN-10和2.5kg浓度为20%的十二烷基硫酸钠溶液，开启搅拌300r/min，升温至60℃。加入温度为60℃的络合剂溶液和3kg去离子水，搅拌20分钟后，停止乳化，降至室温、过滤、包装。
实施例2
向1000L乳化釜中加入400kg醇酸树脂，开启搅拌，转速为400r/min，将物料升温至60℃，加入催干剂预乳化液16kg、EFS-1330乳化剂9kg和9kg浓度为20%十二烷基硫酸钠乳化剂溶液，同时开始滴加32kg含量为10%的50℃的氢氧化钾溶液，搅拌20分钟使第一乳化剂与醇酸树脂混合均匀。将EFS-1330乳化剂1.0kg和十二烷基磺酸钠乳化剂0.2kg溶于333kg60℃的热水，加入到热水罐中。搅拌转速调至700r/min，将第一乳化剂溶液匀速滴加到乳化釜中，滴加时间为60分钟。滴加25分钟时将搅拌调至350r/min，滴加完成后将搅拌调至220r/min，搅拌15分钟，降温至室温后过滤、出料。催干剂预乳化液的制备方法与实施例1相同。
实施例3
向1000L乳化釜中加入400kg醇酸树脂，开启搅拌，转速为400r/min，将物料升温至50℃，加入催干剂预乳化液4kg加入TMN-10乳化剂9.6kg和16kg浓度为20%的十二烷基硫酸钠乳化剂溶液，同时开始滴加32kg含量为10%的50℃的氢氧化钾溶液，搅拌40分钟使第一乳化剂与醇酸树脂混合均匀。将TMN-10乳化剂2.4kg和十二烷基磺酸钠乳化剂0.8kg第一乳化剂溶于335kg50℃的热水，加入到热水罐中。搅拌转速调至700r/min，将第一乳化剂溶液匀速滴加到乳化釜中，滴加时间为70分钟。滴加24分钟时将搅拌调至400r/min，滴加完成后将搅拌调至220r/min，搅拌10分钟，降温至室温后过滤、出料。催干剂预乳化液的制备方法与实施例1相同。
经过上述工艺步骤，得到的醇酸乳液的性能如下表：
基于上述，本乳液粒度小且分布窄，在贮存过程中稳定性好，催干剂预乳化液的应用避免了传统醇酸树脂乳液存放过程中的“失干”问题，所得漆膜硬度、光泽度等性能优异。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，其特征在于，包括以下成分：醇酸树脂100份、第一乳化剂3-5份、PH调节剂0.6-1份、催干剂预乳化液1-6份、去离子水88-95.4份。
2.根据权利要求1所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，其特征在于：所述醇酸树脂为市售中长油醇酸树脂；第一乳化剂为非离子乳化剂与阴离子乳化剂复合的复配乳化剂，非离子乳化剂为不含APEO的环保型乳化剂，阴离子乳化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种；PH调节剂为三乙胺、氨水、二甲基乙醇胺、氢氧化钾中的一种。
3.根据权利要求1或2所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，其特征在于：所述催干剂预乳化液包含以下成分，催干剂100份、第二乳化剂4-8份、络合剂4-10份、去离子水82-92份。
4.根据权利要求3所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液，其特征在于，所述催干剂预乳化液的制作步骤为：
（1）、将配方量的络合剂溶于50℃~60℃的去离子水中配成10%的溶液备用；
（2）、向干净的乳化釜中加入配方量的催干剂、第二乳化剂，开启乳化釜搅拌，升温；
（3）、当乳化釜内温达到50℃~60℃后，加入温度为50℃~60℃的络合剂溶液和去离子水，搅拌20~30分钟后，停止乳化，降至室温、过滤、包装。
5.一种根据权利要求4所述任意超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、向干净的带夹套的乳化釜中加入醇酸树脂，开启搅拌、升温，将物料升温至乳化温度后，加入配方量的第一乳化剂及催干剂预乳化液，搅拌20~40分钟使助剂与醇酸树脂混合均匀；
（2）、将剩余第一乳化剂溶于配方量的50℃~60℃的热水，加入到热水罐中，再将第一乳化剂溶液滴加到乳化釜中，滴加时间为40~60分钟；
（3）、继续搅拌10~20分钟，降温至室温，过滤、出料；
（4）、乳化过程中搅拌速度采用阶梯变速搅拌的方式。
6.根据权利要求5所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中加入第一乳化剂的同时开始滴加浓度为10%的PH调节剂溶液，控制滴加速度在20~40分钟加完。
7.根据权利要求6所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于：所述第一乳化剂的加入方式采用分步加入，乳化开始前加入总重量的70%~90%，剩余部分在乳化过程中采用滴加的方式加入。
8.根据权利要求5所述一种超低VOC含量环境友好型醇酸树脂乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中阶梯变速搅拌的方式，在转相前采用超高速搅拌，线速度达到12m/s以上，在转相后降低搅拌速度为6~8m/s，在热水滴加完后进一步降低搅拌转速为3~5m/s。
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