CN106543350B - 一种阳离子金属表面处理乳液及其制备方法 - Google Patents

一种阳离子金属表面处理乳液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阳离子金属表面处理乳液及其制备方法，其原料由以下重量份数的组分组成：水：50‑60份；阳离子乳化剂：2‑5份；非离子乳化剂：1‑3份；苯乙烯：5‑15份；甲基丙烯酸甲酯：10‑30份；丙烯酸异辛酯：10‑30份；高密度交联单体：0.5‑5份；硅烷偶联剂：1‑5份；水溶性偶氮引发剂：0.5‑2份；氧化剂：0.05‑0.25份；还原剂：0.05‑0.25份。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯等单体加入水中，并以水溶性偶氮盐作为引发剂进行聚合反应，辅以乳化剂的乳化作用形成阳离子丙烯酸乳液。本发明离子金属表面处理乳液具有优异的金属附着力、优异的耐腐蚀性、优异的耐溶剂性能。

Description

一种阳离子金属表面处理乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业涂料技术领域，具体涉及一种阳离子金属表面处理乳液及其制备方法。
背景技术
长期以来，金属防腐一直都是工业涂料的极为重要的一部分，每年有关于金属腐蚀损失非常大。传统的金属表面处理乳液往往在防腐蚀、附着力和耐溶剂等性能上都存在性能不足的情况，在某一些金属基材比如镀锌钢板上传统的乳液在其表面很难达到很好的附着能力继而达不到防腐的效果。由于阴离子的这个体系的问题，这一突出的缺陷一直都是行业的技术难关。
阳离子产品胶粒表面或其自身带正电荷，在很多方面具有阴离子或非离子型聚合物乳液不可比的功能，因此，早在20世纪60年代就引起了人们的关注，至今无论在理论研究还是在应用方面都已取得了显著的成果。目前，阳离子聚合物乳液的应用领域十分广泛，如金属表面处理、污水处理、化妆品、印染业、生物制药、抗静电处理以及造纸助剂等。
市面上金属表面处理乳液多为阴离子体系，在附着力和耐腐蚀方面都达不到要求。经过多方面技术研究，阳离子乳液带有正电荷，有利于带负电荷表面的中和、吸附和粘合，而且还具有杀菌、防尘和抗静电作用，阳离子正电荷与金属表面的铁离子能够产生很强的电荷吸引。阳离子金属表面处理乳液可以与金属板材之间得到极高的附着力和耐腐蚀的能力，并引入特殊的功能单体使涂膜具有极其优异的致密性和耐溶剂性能。这是传统的阴离子金属表面处理乳液所达不到的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术弊端，提供一种阳离子金属表面处理乳液，运用独特的阳离子体系能够使阳离子乳液中独有的正电荷在金属基材表面达到极佳的附着效果，从而解决现有技术难题。
本发明为了实现上述目的而采取如下技术方案。
本发明提供一种阳离子金属表面处理乳液，其原料由以下重量份数的组分组成：
进一步地，所述阳离子乳化剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或两种以上以任意比例混合。
进一步地，所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上以任意比例混合。
进一步地，所述高密度交联单体为甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、双丙酮丙烯酰胺、己二酸二酰肼中的一种或两种以上以任意比例混合。
进一步地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例混合。
进一步地，所述水溶性偶氮引发剂为偶氮二异丁基脒二盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或两种以任意比例混合。
进一步地，所述氧化剂为过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或两种以任意比例混合。
进一步地，所述还原剂为次硫酸氢钠甲醛、亚硫酸氢钠中的一种或两种以任意比例混合。
本发明还提供一种上述阳离子金属表面处理乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)预乳化液的制备
步骤a：在常温常压下将1-3份阳离子乳化剂和0.5-2份非离子乳化剂放入25-30份水中搅拌，缓慢加入5-15份苯乙烯、10-30份甲基丙烯酸甲酯、10-30份丙烯酸异辛酯、0.5-5份高密度交联单体、1-5份硅烷偶联剂、0.35-1.5份水溶性偶氮引发剂进行预乳化，预乳化时间为20分钟，配置成预乳化液备用；
(2)聚合阶段
步骤b：在反应釜内加入25-30份水、1-2份阳离子乳化剂和0.5-1非离子乳化剂的混合物，加热至83℃，加入步骤a配置的预乳化液的3％-10％，加入提前用少量水溶解好的0.15-0.5份水溶性偶氮引发剂充分反应25分钟，反应温度为82-87℃，反应25分钟后滴加剩余的步骤a的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完后保温1h，保温温度为82-85℃；
步骤c：把步骤b所得乳液降温至75-80℃，并滴加氧化剂0.05-0.25份，10分钟后滴加还原剂0.05-0.25份，滴加完后保温20-40分钟，降温到常温即得到阳离子金属表面处理乳液。
通过上述方法制得本发明阳离子金属表面处理乳液的固含量为35-55％，pH值为4.5-6.5。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明运用独特的阳离子体系，解决了常见的阴离子体系在金属基材附着力不足的缺点。本发明所运用的阳离子乳化剂在反应过程中电离出特有的阳离子电荷可以与金属基材产生很强的电荷吸引作用使其具有与金属基材的强附着力的效果。
2、本发明阳离子金属表面处理乳液具有极优的耐腐蚀效果，在金属基材表面只需要凃几微米就可以达到很好的防腐蚀效果。
3、本发明阳离子金属表面处理乳液具有极优的耐化学品性能。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，指质量百分比，溶液的百分比指100mL中含有溶质的克数，液体之间的百分比，是指在25℃时溶液的体积比例。
实施例1：
一种阳离子金属表面处理乳液，其原料组分的重量份数组成如表1所示。其中：阳离子乳化剂为十二烷基三甲基氯化铵；非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；高密度交联单体为丙氧化甘油三丙烯酸酯、双丙酮丙烯酰胺及己二酸二酰肼；硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；水溶性偶氮引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；氧化剂为过氧化氢和叔丁基过氧化氢混合物；还原剂为次硫酸氢钠甲醛。
所述阳离子金属表面处理乳液的制备方法包括如下步骤：
(1)预乳化液的制备
步骤a：在常温常压下将2份阳离子乳化剂和1.2份非离子乳化剂放入30份水中搅拌，缓慢加入10份苯乙烯、20份甲基丙烯酸甲酯、15份丙烯酸异辛酯、3份高密度交联单体、2份硅烷偶联剂、0.7份水溶性偶氮引发剂进行预乳化，预乳化时间为20分钟，配置成预乳化液备用；
(2)聚合阶段
步骤b：在反应釜内加入25份水、1份阳离子乳化剂和0.8非离子乳化剂的混合物，加热至83℃，加入步骤a配置的预乳化液的3％-10％，加入提前用少量水溶解好的0.3份水溶性偶氮引发剂充分反应25分钟，反应温度为82-87℃，反应25分钟后滴加剩余的步骤a的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完后保温1h，保温温度为82-85℃；
步骤c：把步骤b所得乳液降温至75-80℃，并滴加氧化剂0.1份，10分钟后滴加还原剂0.1份.，滴加完后保温20-40分钟，降温到常温即得到阳离子金属表面处理乳液。
实施例2：
一种阳离子金属表面处理乳液，其原料组分的重量份数组成如表1所示。其中：阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵；非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；高密度交联单体为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯；硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷混合物；水溶性偶氮引发剂为偶氮二异丁基脒二盐酸盐；氧化剂为叔丁基过氧化氢；还原剂为次硫酸氢钠甲醛和亚硫酸氢钠混合物。
所述阳离子金属表面处理乳液的制备方法包括如下步骤：
(1)预乳化液的制备
步骤a：在常温常压下将1份阳离子乳化剂和2份非离子乳化剂放入30份水中搅拌，缓慢加入5份苯乙烯、10份甲基丙烯酸甲酯、30份丙烯酸异辛酯、0.5份高密度交联单体、5份硅烷偶联剂、0.35份水溶性偶氮引发剂进行预乳化，预乳化时间为20分钟，配置成预乳化液备用；
(2)聚合阶段
步骤b：在反应釜内加入20份水、1份阳离子乳化剂和1非离子乳化剂的混合物，加热至83℃，加入步骤a配置的预乳化液的3％-10％，加入提前用少量水溶解好的0.15份水溶性偶氮引发剂充分反应25分钟，反应温度为82-87℃，反应25分钟后滴加剩余的步骤a的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完后保温1h，保温温度为82-85℃；
步骤c：把步骤b所得乳液降温至75-80℃，并滴加氧化剂0.25份，10分钟后滴加还原剂0.25份.，滴加完后保温20-40分钟，降温到常温即得到阳离子金属表面处理乳液。
实施例3：
一种阳离子金属表面处理乳液，其原料组分的重量份数组成如表1所示。其中：阳离子乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵；非离子乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚；高密度交联单体为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；水溶性偶氮引发剂为偶氮二异丁基脒二盐酸盐和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐混合物；氧化剂为过氧化氢；还原剂为亚硫酸氢钠。
(1)预乳化液的制备
步骤a：在常温常压下将3份阳离子乳化剂和0.5份非离子乳化剂放入30份水中搅拌，缓慢加15份苯乙烯、30份甲基丙烯酸甲酯、10份丙烯酸异辛酯、5份高密度交联单体、1份硅烷偶联剂、1.5份水溶性偶氮引发剂进行预乳化，预乳化时间为20分钟，配置成预乳化液备用；
(2)聚合阶段
步骤b：在反应釜内加入30份水、2份阳离子乳化剂和0.5非离子乳化剂的混合物，加热至83℃，加入步骤a配置的预乳化液的3％-10％，加入提前用少量水溶解好的0.5份水溶性偶氮引发剂充分反应25分钟，反应温度为82-87℃，反应25分钟后滴加剩余的步骤a的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完后保温1h，保温温度为82-85℃；
步骤c：把步骤b所得乳液降温至75-80℃，并滴加氧化剂0.05份，10分钟后滴加还原剂0.05份.，滴加完后保温20-40分钟，降温到常温即得到阳离子金属表面处理乳液。
通过上述实施例制备的阳离子金属表面处理乳液的固含量为35-55％，pH值为4.5-6.5。对上述实施例1-3制备的乳液进行相关性能测试。通过耐腐蚀性能测试(喷涂基材为国产镀锌钢板，喷涂厚度为1.0g/㎡，烘烤温度为80℃，养护一天后对其耐腐蚀性进行评估)，本发明的阳离子金属表面处理乳液为耐腐蚀96h无腐蚀。通过耐溶剂性能测试(喷涂基材为国产镀锌钢板，喷涂厚度为1.0g/㎡，烘烤温度为80℃，养护一天后进行评估；测试方法溶剂为丁酮和80％浓度的乙醇，用500g砝码负重摩擦20回)，本发明的阳离子金属表面处理乳液在经过耐溶剂性能测试后涂膜未被溶剂溶解摩擦损伤，透明度良好。通过附着力测试(喷涂基材为国产镀锌钢板，喷涂厚度为1.0g/㎡，烘烤温度为80℃，养护一天后对其附着力进行评估)，附着力等级为0级。
表1乳液原料组成及乳液性能测试结果

Claims (9)

1.一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，其原料由以下重量份数的组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述阳离子乳化剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或两种以上以任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上以任意比例混合。
4.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述高密度交联单体为甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、双丙酮丙烯酰胺、己二酸二酰肼的一种或两种以上以任意比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述水溶性偶氮引发剂为偶氮二异丁基脒二盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或两种以上以任意比例混合。
6.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例混合。
7.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或两种以任意比例混合。
8.根据权利要求1所述的一种阳离子金属表面处理乳液，其特征在于，所述还原剂为次硫酸氢钠甲醛、亚硫酸氢钠中的一种或两种以任意比例混合。
9.权利要求1-8任一一种阳离子金属表面处理乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预乳化液的制备
步骤a：在常温常压下将1-3份阳离子乳化剂和0.5-2份非离子乳化剂放入25-30份水中搅拌，缓慢加入5-15份苯乙烯、10-30份甲基丙烯酸甲酯、10-30份丙烯酸异辛酯、0.5-5份高密度交联单体、1-5份硅烷偶联剂、0.35-1.5份水溶性偶氮引发剂进行预乳化，预乳化时间为20分钟，配置成预乳化液备用；
(2)聚合阶段
步骤b：在反应釜内加入25-30份水、1-2份阳离子乳化剂和0.5-1非离子乳化剂的混合物，加热至83℃，加入步骤a配置的预乳化液的3％-10％，加入提前用少量水溶解好的0.15-0.5份水溶性偶氮引发剂充分反应25分钟，反应温度为82-87℃，反应25分钟后滴加剩余的步骤a的预乳化液，滴加时间为3h，滴加完后保温1h，保温温度为82-85℃；
步骤c：把步骤b所得乳液降温至75-80℃，并滴加氧化剂0.05-0.25份，10分钟后滴加还原剂0.05-0.25份，滴加完后保温20-40分钟，降温到常温即得到阳离子金属表面处理乳液。
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