CN107501467B - 一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备及其应用于水性汽车涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体制备及其应用于水性汽车涂料,属水性汽车涂料系列。它公开了一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法。本发明充分结合纳米材料特殊的物理化学性能和丙烯酸酯类的优势,在力学性能、耐溶剂性和稳定性等方面性能优异,形成漆膜光泽高,丰满度好、耐溶剂性好、机械性能优异,综合性能大大提高,环保节能,可操作性强,便于推广应用,市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性汽车涂料的制备方法,尤其涉及一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法及其应用。
背景技术
随着汽车工业的高速发展和全民生活水平的不断提升,2015年我国汽车销售量超过2450万辆,创全球历史新高,连续七年位居世界第一,成为世界上最大的汽车产销国。按照我国当前汽车产销趋势,2017年保有量将提前突破2亿,到2022年,汽车保有量接近3亿。巨大的汽车产销市场必将带动汽车涂料的迅速发展,庞大的汽车保有量,为车用涂料提供了一个广阔的发展空间,汽车涂料用量急剧增长;但是目前国内汽车涂料以溶剂型体系为主,含有大量的挥发性有机物(VOC),不仅对人体造成危害,而且对环境造成的污染日趋严重。随着人们环保意识的增强,对环保型涂料的呼声日渐高涨,从环境保护和可持续发展的角度看,研究开发环境友好型涂料势在必行。
近年来,随着纳米技术的不断发展,纳米材料的制备技术日趋成熟,研究者制备出粒径分布窄、性能稳定的纳米粉体,为改性有机高分子聚合物创造了条件。无机纳米微粒因粒子尺寸小、比表面积大等特点,能够产生小尺寸效应、表面效应和量子效应等特殊性质,使得纳米复合材料比常规的材料具有更加优异的性能。其中丙烯酸树脂的结构一般为链状线性结构,对温度极其敏感,易产生热黏冷脆,且在硬度、耐溶剂性、力学性能等方面不够好,利用纳米技术进行改性,充分利用发挥纳米材料的物理和力学性能,除了能赋予其更好的常规性能外,大大增强了其机械性能、耐溶剂性和稳定性。因此,纳米材料改性丙烯酸树脂受到越来越多的关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法及其应用于水性汽车涂料,它具有优异的机械性能、耐溶剂性和稳定性,降低汽车涂料涂装VOC排放的同时实现节能减排,便于推广及应用。
本发明提供了一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,它包括了如下步骤:
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯Cardura E10P,3-5重量份二甲基甲酰胺(DMF),0.5-1重量份氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加15-25重量份的非官能性(甲基)丙烯酸酯、20-30重量份的丙烯酸酯类、10-15重量份的含羟基的(甲基)丙烯酸酯、5-15重量份的丙烯酸类单体、10-20重量份的乙烯类单体、1-2重量份的引发剂和0.05-1重量份的链调节剂组成的混合溶液,在2-3h内滴加完毕,保温0.5-1h,之后再加入的0.5-1重量份的上述引发剂,保温1.5-2.5h;待温度降至60-80℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1000-1500r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为0.5-1h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸水分散体。
以上所述非官能性(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯。
本发明所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯或丙烯酸-2-乙基己酸。
以上本发明所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯。
本发明所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸。
以上本发明所述乙烯类单体为苯乙烯或丙烯晴。
本发明所述引发剂为偶氮二异丁腈或氧化二苯甲酰。
以上本发明所述链调节剂为十二烷基硫醇或疏基乙醇。
本发明根据当前汽车表面水性涂装的施工特殊要求,引入氧化石墨烯纳米材料,其具有较高的比表面能、良好的机械性能和分散稳定性;不仅具有良好的润湿性能和表面活性,而且能被小分子及聚合物插层剥离,分散稳定性大大增强,制备出纳米改性汽车用水性丙烯酸酯分散体,同时通过亲水改性多异氰酸酯进行交联固化,制备出综合性能优异的环保水性汽车涂装新材料。填补了国内水性汽车涂料的空白,率先开发出氧化石墨烯改性水性汽车涂料,具有无毒、不易燃烧、不污染环境、安全可靠、易操作等优点,为推动国内原厂修补涂料水性化发展具有重大的意义。
本发明所述的另一应用方案中,提供一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的应用,这种应用为氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料,它包括:
(1)、以在权利要求1氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体为基体,添加润湿剂、流平剂、消泡剂、去离子水、颜料、功能助溶剂和增稠剂,得到组分A,其中各组分的添加量如下:
石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体:100
润湿剂(Surfynol 104BC):0.5-1
流平剂(BYK346毕克公司):1-3
消泡剂(BYK024毕克公司):0.5-0.8
增稠剂(Borchi Gel PW-25德国Borchers):0.3-0.6
颜料(E 1800卡博特(中国)投资有限公司):2-5
助溶剂(乙二醇丁醚):3-8
去离子水:50-80
(2)、将作为组分B的亲水改性的多异氰酸酯(用改性HDI)与组分A按照A:B:去离子水=3:1:0.2重量比例混合均匀,即得氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料。
以上本发明所述的亲水改性的多异氰酸酯选自改性HDI(拜耳公司的Bayhydur304)或改性IPDI(拜耳公司的Bayhydur 401)中的一种或两种混合。
本发明的积极效果在于:
1、制备出一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体,及其配制出综合性能优异的氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料。
2、通过引入叔碳酸缩水甘油酯,带有庞大高度支链化基团,提供位阻保护效应,赋予其聚合物优异的耐酸碱性和耐老化性;并且可以减少聚合物大分子间的作用力和分子间缠绕,有效降低体系粘度,使其分散体系具有更高的颜料承载性和润湿性。
3、在氧化石墨烯改性丙烯酸酯水性分散体的制备过程中,使单体溶液与表面官能团丰富的氧化石墨烯充分分散混合均匀,使单体分子进入间层中,在聚合过程中片层间距扩张,进一步进行剥离,使得氧化石墨烯分散性更加均匀,具有良好稳定性;最后通过引入功能水性助剂及亲水改性的多异氰酸酯进行交联固化,制备出氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料,形成的漆膜光泽高,丰满度好、耐溶剂性好、机械性能优异,此类产品的开发不仅填补了国内水性汽车涂料的空白,而且实现了汽车涂料涂装的节能减排,具有广阔市场前景。
4、该水性汽车涂料产品的VOC含量低于15%,完全达到最严格的环保要求,对环境极为友好,极大地减轻了对有机溶剂的使用与依赖,有效地节约了能源,而且漆膜综合性能优异。
具体实施方式:
实施例1
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯Cardura E10P,5重量份二甲基甲酰胺(DMF),0.8重量份氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加18重量份的甲基丙烯酸乙酯、25重量份的丙烯酸丁酯、12重量份的甲基丙烯酸羟乙酯、10重量份的甲基丙烯酸、15重量份的苯乙烯、1.5重量份的偶氮二异丁腈和0.2重量份的疏基乙醇,在2.5h内滴加完毕,保温1h,之后再加入的0.6重量份的上述引发剂,保温2h;待温度降至70℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1200r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为1h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸水分散体。性能指标如下表1。
实施例2
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯Cardura E10P,3-5重量份二甲基甲酰胺(DMF),0.5重量份氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加15重量份的甲基丙烯酸甲酯、20重量份的丙烯酸乙酯、10重量份的丙烯酸羟乙酯、5重量份的丙烯酸、10重量份的丙烯腈、1重量份的过氧化二苯甲酰和0.05重量份的十二烷基硫醇组成的混合溶液,在2-内滴加完毕,保温0.5-1h,之后再加入的0.5重量份的上述引发剂,保温1.5h;待温度降至60℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1000r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为0.5h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体。
实施例3
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯Cardura E10P,3-5重量份二甲基甲酰胺(DMF),1重量份氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加25重量份的甲基丙烯酸甲酯、30重量份的丙烯酸乙酯、15重量份的丙烯酸羟乙酯、15重量份的丙烯酸、20重量份的丙烯腈、2重量份的过氧化二苯甲酰和1重量份的十二烷基硫醇组成的混合溶液,在3h内滴加完毕,保温1h,之后再加入的1重量份的上述引发剂,保温2.5h;待温度降至80℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1500r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为1h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体。
实施例4:产品的用途应用实施例(以黑色为例)氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料的制备及性能指标
氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体:100
润湿剂(Surfynol 104BC)0.6
流平剂(毕克公司的BYK346):1.5
消泡剂(毕克公司的BYK024):0.7
增稠剂(德国Borchers公司的Borchi Gel PW-25):0.5
颜料(E 1800卡博特(中国)投资有限公司):2.5
助溶剂(乙二醇丁醚)5
去离子水:60
将作为组分B的亲水改性的多异氰酸酯与组分A按照A:B:去离子水=3:1:0.2重量比例混合均匀,即得氧化石墨烯纳米改性水性汽车涂料。
以上本发明所述的亲水改性的多异氰酸酯选自改性HDI(拜耳公司的Bayhydur304)或改性IPDI(拜耳公司的Bayhydur 401)中的一种或两种混合。
使用涂料领域中常用测试方法,均获得该水性汽车涂料的相关性能结果如下表2。
Claims (10)
1.一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法:其特征是:
在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯CarduraE10P,3-5重量份二甲基甲酰胺DMF,0.5-1重量份的氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加15-25重量份的非官能性甲基丙烯酸酯、20-30重量份的丙烯酸酯类、10-15重量份的含羟基的(甲基)丙烯酸酯、5-15重量份的丙烯酸类单体、10-20重量份的乙烯类单体、1-2重量份的引发剂和0.05-1重量份的链调节剂组成的混合溶液,在2-3h内滴加完毕,保温0.5-1h,之后再加入的0.5-1重量份的上述引发剂,保温1.5-2.5h;待温度降至60-80℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1000-1500r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为0.5-1h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法:其特征是:在装有搅拌桨、温度计、冷凝器反应釜中,加入15重量份的叔碳酸缩水甘油酯Cardura E10P,5重量份二甲基甲酰胺DMF,0.8重量份的氧化石墨烯,在氮气保护下,升温至100℃,保持高速分散状态0.5h后,滴加18重量份的非官能性甲基丙烯酸酯、25重量份的丙烯酸酯类、12重量份的含羟基的(甲基)丙烯酸酯、10重量份的丙烯酸类单体、15重量份的乙烯类单体、1.5重量份的引发剂和0.2重量份的链调节剂组成的混合溶液,在2.5h内滴加完毕,保温1h,之后再加入0.6重量份的上述引发剂,保温2h;待温度降至70℃时,加入中和剂N,N-二甲基乙醇胺在1200r/min分散条件下进行中和反应,反应时间为1h,即得氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是非官能性甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯。
5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是含羟基的(甲基)丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯。
6.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸。
7.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是乙烯类单体为苯乙烯、丙烯腈。
8.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰。
9.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法,其特征是链调节剂为十二烷基硫醇、疏基乙醇。
10.根据权利要求1-9任意一项氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体的制备方法制得的氧化石墨烯纳米改性丙烯酸酯水分散体在水性汽车涂料中应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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