CN108047805A - 一种复合型流平剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合型流平剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种复合型流平剂，其原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂40％～90％、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂10％～40％、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂5％～15％，制备时，先将聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂按所需比例搅拌混合，再加入硅烷偶联剂，随后在搅拌的同时缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂混合均匀即可，该流平剂作为助剂应用于水性涂料、油墨、皮革涂饰剂中。该产品不仅具有较低的静态表面张力和动态表面张力，并能显著改善稳泡问题，而且在100～150℃高温烘烤下获得良好流平效果的同时可提高涂料的耐油污性能。

Description

一种复合型流平剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水性涂料、油墨等领域，具体涉及一种复合型流平剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着环保意识的加强，水性涂料正在逐步的取代以往的油性涂料，水性涂料中，成膜物约占配方的40％，其余60％左右为水和有机溶剂。众所周知，水的表面张力为72mN/m，其表面能很高，很难对低表面能的基材进行润湿，那么，要实现良好的润湿，铺展效果，必须选择合适的基材润湿剂，但是针对于涂料喷涂的动态施工工艺，并非是降低了表面张力就可以达到润湿流平，而是要满足降低动态的表面张力，而且低泡不稳泡，水敏性好，同时，在高温烘烤条件下的漆膜能够快速调整与流平。
目前在水性涂料中所应用的流平剂主要有以下几类：
1)聚醚改性有机硅类，市场上的牌号如410(Tego)、BYK-333；
2)非离子类，市场上常见的有AEO、JFC等系列；
3)阴离子类，市场上产品如丙烯酸盐类。
美国专利US5869727公开了聚醚改性有机硅的制造工艺，其中阐述了接枝产物——聚醚改性聚硅氧烷可以有效的降低体系的表面张力，从而可以达到润湿及流平的效果，但是此类表面活性剂同时具有很强的稳泡功能，而气泡又会对涂料的表面效果产生严重的影响；并且，美国专利US5391697报道了聚醚改性有机硅氧烷类表面活性剂其静态表面张力与动态表面张力差距很大，在高速动态的施工工艺条件下，其润湿性能明显下降。另外，许多金属基材，一般情况下，这些基材需要经过一系列的除油、除锈等处理，难免出现金属表面被油污污染的情况，因此要求流平剂具备一定的抗油污能力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的静态表面张力与动态表面张力差距很大的问题以及稳泡问题，提供一种具有较低的静态表面张力和动态表面张力，并能显著改善稳泡问题的复合型流平剂及其制备方法和应用。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种复合型流平剂，所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂40％～90％、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂10％～40％。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的结构式为：
其中，m和n均为0～50的整数，a+b为1～50的正整数。
所述m和n均为10～20的整数，a+b为10～30的正整数。
所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的结构式为：
其中，x+v为0～10的整数。
所述x+v为0～4的整数。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为500～5000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～2000。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为1000～2000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～800。
所述流平剂的原料组成还包括重量百分比含量为5％～15％的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂，该脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂的结构式为(RO)PO(OH)2或(RO)2PO(OH)，其中，R为烷基、烷芳基或聚氧乙烯化烷基。
一种复合型流平剂的制备方法，所述方法为：先将聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂按所需比例搅拌混合，再加入硅烷偶联剂，随后在搅拌的同时缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂混合均匀即可，其中，所述搅拌的温度为50～80℃，搅拌的时间为30～60min。
上述流平剂的应用，所述流平剂作为助剂应用于水性涂料、油墨、皮革涂饰剂中，且该流平剂在水性涂料中的其重量百分比含量0.5％～3％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种复合型流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂40％～90％、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂10％～40％，一方面，该流平剂不仅具有较低的静态表面张力和动态表面张力，在快速润湿的同时能够满足高速的动态的施工工艺，而且具有较好的抑泡性能，能够显著改善聚醚改性有机硅流平剂的稳泡问题，解决由于泡沫产生的针眼、缩孔等漆膜的表面缺陷，另一方面，该流平剂应用于涂料中时，在100～150℃高温烘烤条件下可获得良好的流平效果，同时还能显著提高涂料的耐油污性能。因此，本发明不仅具有较低的静态表面张力和动态表面张力，并能显著改善稳泡问题，而且在100～150℃高温烘烤下获得良好流平效果的同时可提高涂料的耐油污性能。
2、本发明一种复合型流平剂的原料组成还包括重量百分比含量为5％～15％的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂，该表面活性剂的加入不仅对气相白炭黑的分散和润湿具有显著效果，可以快速的渗透润湿皮革的毛孔，使得流平剂应用于皮革涂饰剂时能够有效提高皮革的黑度，增强质感，而且也大幅提高了聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂混合后的相容性。因此，本发明不仅能够有效提高皮革的黑度，而且提高了聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的相容性。
3、本发明一种复合型流平剂的制备方法采用添加偶联剂加热耦合的方式实现原料的混合，该混合方式使得聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂之间能够形成良好的优势互补，从而保证了制备得到的流平剂在高速动态下具有很低的泡沫和低动态表面张力的润湿效果，同时又能耐油污。因此，本发明方法保证了制备得到的流平剂的优良性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种复合型流平剂，所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂40％～90％、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂10％～40％。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的结构式为：
其中，m和n均为0～50的整数，a+b为1～50的正整数。
所述m和n均为10～20的整数，a+b为10～30的正整数。
所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的结构式为：
其中，x+v为0～10的整数。
所述x+v为0～4的整数。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为500～5000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～2000。
所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为1000～2000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～800。
所述流平剂的原料组成还包括重量百分比含量为5％～15％的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂，该脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂的结构式为(RO)PO(OH)2或(RO)2PO(OH)，其中，R为烷基、烷芳基或聚氧乙烯化烷基。
一种复合型流平剂的制备方法，先将聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂按所需比例搅拌混合，再加入硅烷偶联剂，随后在搅拌的同时缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂混合均匀即可，其中，所述搅拌的温度为50～80℃，搅拌的时间为30～60min。
上述流平剂的应用，所述流平剂作为助剂应用于水性涂料、油墨、皮革涂饰剂中，且该流平剂在水性涂料中的其重量百分比含量0.5％～3％。
本发明的原理说明如下：
本发明通过将聚醚改性有机硅润湿剂、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂按照一定的比例进行混合，使得产品具有较低的静态表面张力和动态表面张力，并且有效地改善了稳泡问题。较低的动态表面张力解决了涂料在高速动态施工工艺条件下的润湿不良问题，优异的低泡性能避免了涂料中加入强力的消泡剂，这样体系的相容性得到进一步提高。另外，该流平剂润湿性能和铺展性能良好，可以快速的渗透润湿皮革的毛孔，且与成膜助剂、消泡剂等具有很好的兼容性。
本发明所述组分说明如下：
所谓动态表面张力即体系在动态的条件下具有的表面张力，本发明组分中，癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂具有独特的双子结构及较小的分子量，在体系中能够迅速的迁移，这就使得在动态的条件下能够快速降低体系的表面张力，并具有不稳泡的功能；聚醚改性有机硅润湿剂的硅部分具有耐高温作用，且用聚醚改性调整了与体系的相容性；本发明配方降低静态表面张力的能力可达到22N·cm-1，使得含有该发明的流平剂的涂料的各组分相互协调、共同作用，在流平过程中对基材有更好的润湿效果，因此可以避免出现缩孔、火山口、针孔等漆膜弊端，从而对于轻微油污污染的底材也会有很好的润湿。
聚醚改性有机硅润湿剂：本发明所述的聚醚改性有机硅润湿剂可以购买市场产品，也可以由丙烯醇聚醚与含氢硅氧烷在铂催化剂下进行接枝硅氢加成反应获得，具体制备方法可以参考专利US5869727、US5391697等。
癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂：本发明所述的癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂可以购买市场产品(如美国空气化学SurfynolE20等系列)，也可以参考专利US6455234、JP2636954合成。本发明所采用的制备工艺为：在碱做催化剂的条件下，将环氧乙烷与癸炔二醇进行开环反应，其中，癸炔二醇聚氧乙烯醚的分子量为200～2000，优选200～800，在该范围内，其润湿性以及与聚醚改性有机硅润湿剂的相容性效果最佳。
脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂：本发明所采用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂来自武汉奥克特种化学有限公司，商品型号：OXIRANTL-3143、OXIRANTL-3144、OXIRANTL-3125等。
应用领域：本发明所述复合型流平剂不仅能够用于水性涂料，还适用于丙烯酯乳液或聚氨酯乳液的哑光皮革涂饰剂、油墨胶黏剂中。
实施例1：
一种复合型流平剂，所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂60、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂35、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂5；
所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为500，其结构式为：
其中，m为1，n为0，a为5，b为0；
所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为350，其结构式为：
其中，x+v为3；
所述脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯。
一种复合型流平剂的制备方法，所述方法为：先将聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂按所需比例搅拌混合，再加入硅烷偶联剂KH550，随后在搅拌的同时缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂混合均匀即可，其中，所述搅拌的温度为60℃，搅拌的时间为40min。
实施例2：
同实施例1，不同之处在于：
所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂70、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂15、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂15，其中，所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为650，a为8，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为450，x+v为5，所述脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂为异构十醇聚氧乙烯醚磷酸酯。
实施例3：
同实施例1，不同之处在于：
所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂70、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂20、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂10，其中，所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为600，m为1，n为2，a为5，b为1，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为600，x+v为8，所述脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂为十二十四醇聚氧乙烯醚磷酸酯。
所述制备方法中，搅拌混合的温度为50℃，搅拌混合的时间为60min。
实施例4：
同实施例1，不同之处在于：
所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂75、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂20、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂5，其中，所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为1400，m为2，n为2，a为8，b为1，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为700，x+v为10，所述脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂为异十三醇磷酸酯。
所述制备方法中，搅拌混合的温度为80℃，搅拌混合的时间为30min。
实施例5：
同实施例1，不同之处在于：
所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂80、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂20，其中，所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为650，a为8，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为350，x+v为3。
为考察上述实施例产品的性能，选择分子量为500、m为1、a为5的聚醚改性有机硅润湿剂作为对比例，进行如下测试实验：
1、表面张力测试
静态表面张力，采用铂金板法进行测试，配置0.1％的水溶液，静态表面张力越低说明对基材的润湿效果越好；动态表面张力采用最大气泡法，动态表面张力越低，说明在动态施工过程中适应性能越强。
结果如表1：
表1表面张力测试结果
2、抑泡性能测试
采用鼓泡设备进行鼓泡，向量筒中加入水性皮革专用丙烯酸酯乳液，加入本发明产品0.5％，记录泡沫高度(泡沫高度越低，抑泡性能越好)，结果见表2：
表2抑泡稳泡性能测试结果
3、皮革表面效果测试
该测试所用皮革为人造革PVC革，按涂饰剂配方进行配置，流平剂的添加量为1％，对比为市场上常用的涂饰剂，用20微米的线棒进行刮膜，然后用熨斗在80～120℃下熨平，观看表面黑度情况。结果显示：采用本发明产品的涂饰剂处理的皮革表面黑度要明显高于对比产品。
4、金属板抗缩孔测试
以BYK-333和TEGO4200为对比，添加量均为0.5％，进行金属板抗缩孔测试。结果如下：
本发明产品和BYK-333均没有缩孔，TEGO4200有少量缩孔，但本发明产品的表面平整性优于BYK-333。
5、重涂性评估
同样以BYK-333和TEGO4200为对比，进行重涂性评估，具体为：首先用机油进行人为的机油污染，然后在进行第一次喷涂后，覆盖住下半部分只对上半部分进行二次喷涂，然后放入马弗炉以170℃高温干燥，待干燥完全后(30in)采用画格法进行附着力测试，结果见表3：
本发明产品 BYK-333 Tego4200
一次喷涂 0级 1级 1级
二次喷涂 1级 2级 2级

Claims (10)

1.一种复合型流平剂，其特征在于：
所述流平剂的原料组成及其重量百分比含量为：聚醚改性有机硅润湿剂40％～90％、癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂10％～40％。
2.根据权利要求1所述的一种复合型流平剂，其特征在于：
所述聚醚改性有机硅润湿剂的结构式为：
其中，m和n均为0～50的整数，a+b为1～50的正整数。
3.根据权利要求2所述的一种复合型流平剂，其特征在于：所述m和n均为10～20的整数，a+b为10～30的正整数。
4.根据权利要求1所述的一种复合型流平剂，其特征在于：
所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的结构式为：
其中，x+v为0～10的整数。
5.根据权利要求4所述的一种复合型流平剂，其特征在于：所述x+v为0～4的整数。
6.根据权利要求1所述的一种复合型流平剂，其特征在于：所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为500～5000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～2000。
7.根据权利要求6所述的一种复合型流平剂，其特征在于：所述聚醚改性有机硅润湿剂的分子量为1000～2000，所述癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂的分子量为200～800。
8.根据权利要求1所述的一种复合型流平剂，其特征在于：所述流平剂的原料组成还包括重量百分比含量为5％～15％的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂，该活性剂的结构式为(RO)PO(OH)2或(RO)2PO(OH)，其中，R为烷基、烷芳基或聚氧乙烯化烷基。
9.一种权利要求8所述的复合型流平剂的制备方法，其特征在于：
所述方法为：先将聚醚改性有机硅润湿剂与癸炔二醇聚氧乙烯醚表面活性剂按所需比例搅拌混合，再加入硅烷偶联剂，随后在搅拌的同时缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯表面活性剂混合均匀即可，其中，所述搅拌的温度为50～80℃，搅拌的时间为30～60min。
10.权利要求1所述流平剂的应用，其特征在于：所述流平剂作为助剂应用于水性涂料、油墨、皮革涂饰剂中，且该流平剂在水性涂料中的其重量百分比含量0.5％～3％。
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