CN107522821B - 一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂及其制备方法 - Google Patents

一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于卷材涂料的丙烯酸改性聚酯水性树脂的制备方法,包括如下步骤:首先选用带醚键的二元醇、多元醇与多元酸在催化剂的作用下,于150~240℃下进行共缩聚反应合成具有接枝活性的聚酯,然后用水溶性助溶剂稀释,在100~160℃下滴加入功能单体、丙烯酸酯类单体和有机过氧化物引发剂的混合液进行自由基接枝共聚反应,合成出主链具有水分散性和接枝链具有水溶性的水分散型丙烯酸接枝改性聚酯树脂,加入胺类中和剂将其中和后与氨基树脂或异氰酸酯固化剂、涂料助剂和去离子水混合,配制成丙烯酸接枝改性聚酯水性涂料。可以配制成色漆,柔韧性可以与溶剂型聚酯烤漆相媲美,柔韧性优异同时具有良好的耐水性、耐溶剂性、耐化学品性和储存稳定性。

Description

一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于化工领域,涉及一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂及其制备方法,这种水性聚酯树脂特别适合于制造低有机溶剂含量的卷材用涂料。
背景技术
卷材涂料是工业涂料中很重要的一类品种,一直以来都是各大涂料企业重点发展的。目前欧美卷材涂料所用树脂聚酯树脂(与氨基树脂或聚氨酯结合的)约占60%,聚氯乙烯塑溶胶(PVC)约占30%,聚偏二氟乙烯(PVDF)5%,剩下的5%中包括有环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅改性聚酯(SMP)以及醇酸树脂类。90%左右的彩色涂层板用在建筑领域,随着高档的彩钢板越来越多在用于汽车、家电建材等行业,卷材涂料的需求也越来越多。从目前国内外彩钢板用户的需求来看,长寿命、功能化、环保节能将是彩钢板今后的发展方向,也相应对涂料提出高要求。再看国内,2015年我国卷材涂料的产量已占全球产量一半以上。但是国内卷材涂料有70%以上属于低端、低档产品,并不具备国际竞争力。
由于性能、经济和涂装设备等方面的制约,以及溶剂型聚酯卷材涂料具有均衡的硬度、T弯、耐候性等综合性能,预涂卷材用涂料仍然以溶剂型占主导地位。但溶剂型聚酯树脂配成的涂料含有大量的有机溶剂,其挥发造成了环境污染,影响生产作业者的身体健康,已成为社会共识。目前国内外对水性聚酯树脂的研究报道众多。
中国专利CN201110201586.4中所制备的用于卷材涂料的水性聚酯树脂采用带羧基的亲水单体5-磺酸基间苯二甲酸或其金属盐与多元醇和多元酸聚合而成,具有低VOC含量,但柔韧性只能达到2T。中国专利CN200910194822.7中所制备的卷材涂料用睡醒聚酯树脂采用多元醇和多元酸合成端羟基聚酯中间体,然后再用偏苯三酸酐封端得到,此方法制得的树脂配成清漆的柔韧性良好,但若加入颜填料配成色漆时,柔韧性并不能达到0~1T,且抗水解稳定性不如丙烯酸改性的水性聚酯。中国专利CN201410559258.5中所制备的水性丙烯酸改性饱和聚酯树脂采用多元酸、多元醇和叔碳酸缩水甘油酯合成饱和聚酯树脂,然后在引发剂的作用下用丙烯酸单体对饱和聚酯树脂进行改性,所得树脂具有优异的稳定性、高固体分、低粘度以及低VOC含量,但由于丙烯酸的脆性,导致树脂的柔韧性只能达到1级。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种专门针对改善卷材涂料的柔韧性和耐溶剂性能的卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂,该水性聚酯树脂具有合适的黏度,良好的储存稳定性,制备的卷材涂料具有优异的柔韧性,良好的附着力和机械性能。
本发明的目的之二在于提供上述卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂,原料重量计如下:
Figure BDA0001393410520000021
Figure BDA0001393410520000031
进一步,所述多元醇为新戊二醇、乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、1,2-丙二醇、1,3-甲基丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,6己二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇的一种或几种。
进一步,所述多元酸为间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、六氢苯酐、氢化二聚酸、己二酸、壬二酸、1,2-环己烷二甲酸、丁二酸、戊二酸、苯酐、月桂酸、硬脂酸中的一种或几种。
进一步,所述带醚键的二元醇为聚乙二醇、二乙二醇、二丙二醇、三甘醇中的一种或几种。
进一步,所述具有活性官能团的单体为马来酸、富马酸、衣康酸、丁烯酸、四氢苯酐中的一种或几种。
进一步,所述酯化催化剂为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、钛酸四正丁酯中的一种或几种。
进一步,所述水性助溶剂为异丙醇,异丁醇,正丁醇,乙二醇单丁醚,二乙二醇丁醚,丙二醇单丁醚,丙二醇甲醚醋酸酯,乙二醇乙醚,二丙二醇甲醚,丙二醇甲醚中的一种或几种。
进一步,所述混合单体为丙烯酸,甲基丙烯酸,丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸丁酯,甲基丙烯酸乙酯,甲基丙烯酸丁酯,丙烯酸羟乙酯,丙烯酸羟丙酯,甲基丙烯酸异冰片酯,丙烯酸月桂酯中的一种或几种;
所述的引发剂为偶氮二异丁腈,过氧化苯甲酰,叔丁基过氧化氢,二叔丁基过氧化物,二叔戊基过氧化物,异丙苯过氧化氢,过氧化苯甲酸叔丁酯,过氧化叔戊酸叔丁酯中的一种或几种。
一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂的制备方法,包括如下步骤:
(1)在带搅拌装置、回流冷凝装置、滴加装置和控温装置的反应釜中投入多元醇、多元酸、带醚键的二元醇、具有接枝活性官能团的单体和酯化反应催化剂,在氮气保护下,缓慢加热至150~240℃温度下聚合3-8小时,反应过程中控制馏头温度小于103℃,OH/COOH比为1.02~3;
(2)酸值小于50mgKOH/g后,用3~8wt%的烃类溶剂二甲苯回流带出小分子水,在190~240℃下保温3-8小时;
(3)酸值反应至3-10mgKOH/g后,降温至80-160℃,加入水溶性助溶剂将其溶解形成聚酯中间体溶液;
(4)降温至80-190℃,在上述溶液中滴加混合单体和占引发剂总量60-90%的引发剂构成的混合液,0.5~3小时搅拌下滴完,进行共聚反应;
(5)加入剩余引发剂,80~190℃保温搅拌3-5小时,合成水性丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液;
(6)在丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液中加入中和剂和去离子水搅拌均匀,制备成固含为30-50%的水性聚酯树脂。
优选的,步骤(2)中的烃类溶剂二甲苯的用量范围为酯化物料的3~8wt%;步骤(3)中的酸值范围控制在3~10mgKOH/g;步骤(6)中所述的中和剂为三乙胺,三乙醇胺,二乙醇胺,N,N-二甲基乙醇胺,氨水,2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明制备的卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂的水分散体常温储存6个月无分层、沉淀等稳定性问题,同时用该树脂与全甲醚化氨基树脂或异氰酸酯树脂配制的烤漆清漆高温快速烘烤(190~220℃烘烤90~180秒),T弯可以达到0T,且T弯处附着力优异。也可以配制成色漆,柔韧性可以与溶剂型聚酯烤漆相媲美,柔韧性优异同时具有良好的耐水性、耐溶剂性、耐化学品性和储存稳定性。
a.制备的卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂采用带有醚键的二元醇改性增加了自乳化性,减少了助溶剂的加入量,降低VOC含量,并且醚键有助于提高树脂的柔韧性。
b.接枝提供水溶性和功能性的丙烯酸类单体,其接枝链为带有多个羧基侧基的丙烯酸类单体共聚物,因而水溶性,这种结构对酯键有一定的保护作用,从而提高树脂的耐水解性能。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明反应原理:
1.合成带有醚键和具有接枝活性官能团的聚酯中间体溶液,其主链为聚酯,聚酯分子链上带有醚键而具有自乳化性。
2.接枝提供水溶性和功能性的丙烯酸类单体,其接枝链为带有多个羧基侧基的丙烯酸类单体共聚物,因而水溶性,这种结构对酯键有一定的保护作用。
(1)在带搅拌装置、回流冷凝装置、滴加装置和控温装置的反应釜中投入多元醇、多元酸、带醚键的二元醇、具有接枝活性官能团的单体和酯化反应催化剂,在氮气保护下,缓慢加热至150~240℃温度下聚合5小时,反应过程中控制馏头温度小于103℃;
(2)酸值小于50mgKOH/g后,用5wt%的烃类溶剂二甲苯回流带出小分子水,在190~240℃下保温5小时;
(3)酸值反应至3-10mgKOH/g后,降温至100℃,加入水溶性助溶剂将其溶解形成聚酯中间体溶液;
(4)降温至100℃,在上述溶液中滴加丙烯酸类单体和占引发剂总量90%的引发剂构成的混合液,3小时搅拌下滴完,进行共聚反应;
(5)加入剩余引发剂,150℃保温搅拌4小时,合成水性丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液;
(6)在丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液中加入中和剂和去离子水搅拌均匀,制备成固含为30-50%的水性聚酯树脂。
具体配比见表1
表1
Figure BDA0001393410520000061
Figure BDA0001393410520000071
Figure BDA0001393410520000081
将以上实施例1、2、3、4制备的丙烯酸改性聚酯水性树脂与氰特氨基树脂303以(4:1)混合均匀,加水将粘度调至合适粘度辊涂(基材是铝板),190~220℃烘烤90~120s。清漆性能如表2:
表2
Figure BDA0001393410520000082
该水性涂料兼具聚酯涂料和丙烯酸涂料的特点,其固化的漆膜具有优异的柔韧性、光泽度高,耐水性好,特别适用于铝材上。
最后应说明的是:以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,但是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 (1)

1.一种卷材涂料用丙烯酸改性聚酯水性树脂,其特征在于,原料重量计如下:
Figure FDA0002409168250000011
制备方法包括如下步骤:
(1)在带搅拌装置、回流冷凝装置、滴加装置和控温装置的反应釜中投入新戊二醇、三羟甲基丙烷、1,3-甲基丙二醇、间苯二甲酸、己二酸、二乙二醇、衣康酸和酯化反应催化剂,在氮气保护下,缓慢加热至150~240℃温度下聚合5小时,反应过程中控制馏头温度小于103℃;
(2)酸值小于50mgKOH/g后,用5wt%的烃类溶剂二甲苯回流带出小分子水,在190~240℃下保温5小时;
(3)酸值反应至3-10mgKOH/g后,降温至100℃,加入乙二醇单丁醚将其溶解形成聚酯中间体溶液;
(4)降温至100℃,在上述溶液中滴加丙烯酸、丙烯酸丁酯和占引发剂总量90%的二叔丁基过氧化物构成的混合液,3小时搅拌下滴完,进行共聚反应;
(5)加入剩余二叔丁基过氧化物,150℃保温搅拌4小时,合成水性丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液;
(6)在丙烯酸接枝改性聚酯树脂溶液中加入N,N-二甲基乙醇胺和去离子水搅拌均匀,制备成固含为30-50%的水性聚酯树脂。
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