CN107057525A - 一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法，该乳液由环氧树脂和双键单体依次经胺化、交联、中和反应所得，其中，所述环氧树脂中环氧基团与双键单体的摩尔比为4:1‑7:1，优选为5:1‑6:1。相比于现有技术中电泳漆固化程度不高、耐盐雾性不强的现象，本发明的一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法，在环氧树脂中引入双键后，再经胺化与交联反应，能够有效的提高环氧树脂的交联密度、提高电泳漆膜的耐盐雾性能。

Description

一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂层材料，更具体地，涉及一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法。
背景技术
电泳是涂装金属工件的最常用、也是最有效的方法之一。电泳涂装是将具有导电性的被涂物浸在装有电泳涂料的料槽中作为阴极/阳极，在料槽中另设置对应的阳极/阴极，在两极间接通电流一段时间，在被涂物表面沉积出均匀细密的涂膜。其中，电泳涂料，也称为电泳漆，是电泳涂装过程中影响最终涂膜质量的一个重要因素。
电泳涂装在汽车和各机械产业领域中应用广泛，但是，产品在使用过程中，由于气候、环境条件的影响，对涂膜的性能要求较高。此外，传统电泳漆中含有有机铅或锡类催化剂，其毒性大，污染环境。因此，目前，电泳漆主要以无毒、环保类型为主。
如公开号为CN104371497A的中国专利申请，公开了一种阴极水溶性电泳漆。该电泳漆包括1份色浆和3-4份的乳液。其中，乳液中的各组分含量为：环氧树脂25-40％、固化剂20-30％、脂肪胺2-4％、无毒催干剂1-2％和去离子水25-40％；色浆中的各组分含量为：环氧水质25-35％、炭黑5-15％、钛白粉15-30％、钪分层剂2-6％、乳化剂2-4％和去离子水20-30％。该电泳漆生产的产品的表面比较平整，防腐蚀性高。
但是，由于被涂装产品的使用环境多变，特别是目前大气环境污染的影响，盐雾侵蚀和高温环境的不利因素，都影响到涂膜的使用周期和对被涂装产品的保护效果。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于阴极电泳漆的乳液及其制备方法，以解决乳液中环氧树脂交联度不高、耐盐雾性不好的技术问题。
本发明中，份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
根据本发明的一个方面，提供一种用于阴极电泳漆的乳液，包括：环氧树脂和双键单体，环氧树脂和双键单体依次经胺化、交联和中和反应后，得到该乳液。含氧树脂与双键单体经胺化后，以将双键单体中的双键结构引入到环氧树脂的主链中，交联反应过程中，引入的双键与空气中的O2反应，可增加其固化程度，从而达到提高耐盐雾性能的目的。
优选地，环氧树脂中的环氧基团与双键单体的摩尔比为4:1-7:1，优选为5:1-6:1。使环氧树脂中的环氧基团与双键单体中摩尔量保持在合适的范围，以控制反应的程度，避免引入的双键单体过多，导致主链过长，不利于后续反应的顺利进行。
在一个具体的实施例中，优选地，环氧树脂的环氧值范围为0.05-0.55。选用环氧值较低的环氧树脂，使其具有适当的粘度，便于后续漆膜的制备。
优选地，环氧树脂可以为E-51(环氧值＝0.48-0.54)、E-44(环氧值＝0.41-0.47)、E-20(环氧值＝0.18-0.22)、E-12(环氧值＝0.09-0.14)、E-10(环氧值＝0.08-0.12)中的一种或几种；更优选地，环氧树脂为E-51、E-44、E-20或E-12。
在一个具体的实施例中，优选地，所述双键单体为酰胺类物质，优选为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，更优选为N-羟甲基丙烯酰胺。
在一个具体的实施例中，优选地，胺化反应采用一元胺和/或二元胺进行，所述一元胺优选为一乙醇胺、二乙醇胺、N,-甲基单乙醇胺或N,N-二甲基乙醇胺；所述二元胺优选为聚酰胺或酮亚胺。
优选采用一元胺，所述一元胺优选为一乙醇胺、二乙醇胺、N,-甲基单乙醇胺或N,N-二甲基乙醇胺；所述二元胺优选为聚酰胺或酮亚胺。
胺化反应过程中，根据反应的性质，可以适当的选择加入一元胺和/或二元胺的用量，以控制胺化反应的程度，同时控制反应所得产物的主链长度。优选环氧树脂的环氧基团与一元胺和/或二元胺的摩尔比为4:1-2:1。
在一个具体的实施例中，在胺化前加入扩链剂，环氧树脂先与扩链剂反应，以增长环氧树脂的主链长度。环氧树脂与扩链剂反应后所得产物中的环氧值优选在0.08-0.18，优选为0.12-0.16。优选地，环氧树脂中环氧基团与扩链剂的摩尔比为2:1-4:1。
具体地，先由环氧树脂与扩链剂反应，以降低环氧树脂中的环氧基团量，以控制胺化反应主链的长度，同时，用于控制环氧树脂中双键的引入保持在合适的范围。
具体地，在环氧树脂与双键单体的胺化过程中，先由环氧树脂与扩链剂反应，并加入适量的催化剂在100-150℃条件下扩链反应，检测其所得产物的环氧值范围在0.08-0.18范围内；再在70-120℃的条件下，加入酰胺类物质和一元胺/二元胺，以及适量的阻聚剂，发生胺化反应。具体地，在胺化反应过程中，可先加入酰胺类物质和一元胺/二元胺，以及适量的阻聚剂，反应1～2h后，再加入适量的一元胺/二元胺，再反应2～3h，以促进胺化反应。
具体地，环氧树脂与双键单体经胺化后，再先后加入交联剂和助剂，在60-100℃的条件下发生交联反应，以增强所得产物的交联程度。
具体地，交联剂可采用异氰酸酯与封闭剂反应所得。例如，可采用TDI与水杨酸甲酯、MDI与乙二醇单己醚或TDI与乙二醇单丁醚按照配比在一定条件下反应所得。所加入交联剂的量根据环氧树脂的量适当调整，优选环氧树脂与交联剂中能释放的有效基团-NCO的摩尔比为2:1-4:1，以使环氧树脂中的羟基或环氧树脂扩链后所得产物中的羟基与-NCO基团的含量比保持在合适的范围。
具体地，助剂可以为BYK110、BYK425、BYK410、TEGO110、TEGO120、TEGO130、TEGO140、TEGO410、TEGO440、TEGO450、TEGO500、TEGO650、TEGO715W、辛基酚聚氧乙烯醚(OP-4，OP-7，OP-9，OP-10，OP-13，OP-15，OP-20)中的一种或几种。
在一个具体的实施例中，在环氧树脂与双键单体依次经胺化、交联反应后，再加入中和剂，在40-80℃下以进行中和反应。所加入的中和剂优选为甲酸、乙酸、丁酸或乳酸的一种或几种，更优选为乙酸和乳酸。其中，中和剂的量根据所加入的一元胺和/或二元胺以及交联剂的量适当调整，优选为一元胺和/或二元胺与中和剂的摩尔比为：0.6:1-0.9:1。
可以理解的是，在进行胺化、交联或中和反应过程中，在加入各反应试剂时，为了使反应试剂能够更好的混合，以利于反应的进行，可以将在其中加入相应的共溶剂。优选地，共溶剂为二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚醋酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯、丙二醇单苯醚、丁酮和甲基异丁基酮中的一种或几种。
在一个具体的实施例中，环氧树脂与双键单体依次经胺化、交联和中和反应所得产物，再加入适量的水，即得到乳液，优选乳液的固含量保持为32％-35％。
根据本发明的另一个方面，提供一种阴极电泳漆乳液的制备方法，包括：将环氧树脂与双键单体按照配比混合后在70-120℃下胺化，优选为90-110℃；所得产物再在60-100℃下进行交联，优选为70-100℃；然后在40-80℃下进行中和反应，优选为50-70℃。
优选地，环氧树脂中的环氧基团与双键单体的摩尔比为4:1-7:1，优选为5:1-6:1。
在一个具体的实施例中，胺化反应前，先在催化剂的作用下，将环氧树脂与扩链剂按照配比在100-150℃下发生扩链反应，以增长环氧树脂的链长，并使所得产物的环氧值保持在0.08-0.18，然后，在依次进行交联、中和反应。
优选地，环氧树脂中环氧基团与扩链剂的摩尔比为2:1-4:1。
优选环氧树脂的环氧基团与一元胺和/或二元胺的摩尔比为4:1-2:1。
在一个具体的实施例中，优选地，所述双键单体为酰胺类物质，优选为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，更优选为N-羟甲基丙烯酰胺。
在一个具体的实施例中，优选地，胺化反应采用一元胺和/或二元胺进行，所述一元胺优选为一乙醇胺、二乙醇胺、N,-甲基单乙醇胺或N,N-二甲基乙醇胺；所述二元胺优选为聚酰胺或酮亚胺。
在另一个具体的实施例中，在5-25℃下将去离子水加入到所述中和反应所得产物中并混合均匀，即得所述乳液。
本发明在将环氧树脂与酰胺类物质胺化，在引入双键的同时，还能够起到胺化的作用，并使所得到的改性环氧树脂发生交联反应时，能够有效提高其所得到的产物的交联密度，从而有效的增强漆膜的耐热性和耐盐雾性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种用于阴极电泳漆的乳液，其主要组分及配制过程如下：
将1128份环氧树脂E-51，456份双酚A，80份二甲苯，放入反应釜中，升温至120℃，加入4份的二甲基苄胺，温度升至140℃，检测所得产物的环氧值，以使其环氧值为0.1578±0.01。降温，加入400份丙二醇单甲醚、20份丙二醇苯醚和180份乙二醇丁醚，降温至90℃，加入101份N-羟甲基丙烯酰胺、0.1份对苯二酚、105份二乙醇胺，反应1.5小时后，加入45份一乙醇胺，升温至110℃，在110±2℃反应2.5小时。降温至90℃，加入1000份交联剂(能释放的-NCO含量为2mol)；降温至70℃，加入2份BYK110，2.4份OP-7，2份TEGO500，搅拌1小时。在60℃下，加入50份乙酸和110份乳酸，搅拌0.5小时。将所得物排入4234份水中，乳化，即得到乳液。
将所得的乳液与色浆按照质量比为4:1的比例混合，再加入适量的水，得到电泳漆。其中，所得电泳漆的固含量为20％。将所得电泳漆熟化48h后，即可用于电泳生产。所制得漆膜的耐盐雾时间可达1400h。
实施例2
一种用于阴极电泳漆的乳液，其主要组分及配制过程如下：
将1362份环氧树脂E-44，456份双酚A，80份二甲苯，放入反应釜中，升温至120℃，加入4份的二甲基苄胺，温度升至140℃，检测所得产物的环氧值，以使其环氧值为0.145±0.01。降温，加入400份丙二醇单甲醚、20份丙二醇苯醚和180份乙二醇丁醚，降温至90℃，加入101份N-羟甲基丙烯酰胺、0.1份对苯二酚、105份二乙醇胺，反应1.5小时后，加入45份一乙醇胺，升温至110℃，在110±2℃反应2.5小时。降温至90℃，加入1000份交联剂(能释放的-NCO含量为2mol)；降温至70℃，加入2份BYK110，2.4份OP-7，2份TEGO500，搅拌1小时。在60℃下，加入50份乙酸和110份乳酸，搅拌0.5小时。将所得物排入4234份水中，乳化，即得到乳液。
将所得的乳液与色浆按照质量比为4∶1的比例混合，再加入适量的水，得到电泳漆。其中，所得电泳漆的固含量为20％。将所得电泳漆熟化48h后，即可用于电泳生产。所制得漆膜的耐盐雾时间可达1200h。
实施例3
一种用于阴极电泳漆的乳液，其主要组分及配制过程如下：
将862份环氧树脂E-51，456份双酚A，80份二甲苯，放入反应釜中，升温至120℃，加入4份的二甲基苄胺，温度升至140℃，检测所得产物的环氧值，以使其环氧值为0.1578±0.01。降温，加入400份丙二醇单甲醚、20份丙二醇苯醚和180份乙二醇丁醚，降温至90℃，加入101份N-羟甲基丙烯酰胺、0.1份对苯二酚、105份二乙醇胺，反应1.5小时后，加入45份一乙醇胺，升温至110℃，在110±2℃反应2.5小时。降温至90℃，加入1000份交联剂(能释放的-NCO含量为2mol)；降温至70℃，加入2份BYK110，2.4份OP-7，2份TEGO500，搅拌1小时。在60℃下，加入50份乙酸和110份乳酸，搅拌0.5小时。将所得物排入4234份水中，乳化，即得到乳液。
将所得的乳液与色浆按照质量比为4:1的比例混合，再加入适量的水，得到电泳漆。其中，所得电泳漆的固含量为20％。将所得电泳漆熟化48h后，即可用于电泳生产。所制得漆膜的耐盐雾时间可达1250h。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于：由环氧树脂和双键单体依次经胺化、交联、中和反应所得，其中，所述环氧树脂中环氧基团与双键单体的摩尔比为4:1-7:1，优选为5:1-6:1。
2.如权利要求1所述的一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于，所述环氧树脂的环氧值范围为0.05-0.55；
优选地，所述环氧树脂为E-51、E-44、E-20、E-12、E-10中的一种或多种
更优选地，所述环氧树脂E-51、E-44、E-20或E-12。
3.如权利要求1或2所述的一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于，所述双键单体为酰胺类物质，优选为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于：所述胺化为使用一元胺和/或二元胺进行胺化，优选使用一元胺；
所述一元胺优选为一乙醇胺、二乙醇胺、N,-甲基单乙醇胺或N,N-二甲基乙醇胺；
所述二元胺优选为聚酰胺或酮亚胺。
5.如权利要求4所述的一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于：在胺化前加入扩链剂以使环氧树脂与扩链剂的反应产物中环氧值为0.08-0.18，优选为0.12-0.16。
6.如权利要求1或5所述的一种用于阴极电泳漆的乳液，其特征在于，所述中和为使用甲酸、乙酸、丁酸或乳酸的一种或几种进行中和，优选为乙酸和乳酸。
7.一种阴极电泳漆乳液的制备方法，其特征在于，包括：
将环氧树脂与双键单体按照配比混合后胺化，所得产物再依次进行交联和中和反应；
所述胺化反应温度为70-120℃，所述交联反应温度为60-100℃，所述中和反应温度为40-80℃。
8.如权利要求7所述的一种阴极电泳漆乳液的制备方法，其特征在于，胺化反应前加入扩链剂，以使环氧树脂与扩链剂按照配比在100-150℃下发生扩链反应，扩链反应所得产物中环氧值为0.08-0.18，优选为0.12-0.16。
9.如权利要求7所述的一种阴极电泳漆乳液的制备方法，其特征在于：在5-25℃下将去离子水加入到所述中和中和反应所得产物中并混合均匀，即得所述乳液。
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