CN108084757A

CN108084757A - 一种耐水水性金属烤漆的制备方法

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Publication number: CN108084757A
Application number: CN201711245811.8A
Authority: CN
Inventors: 孙建忠; 何少雄; 张建初
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2018-05-29

Abstract

本发明涉及涂料制备技术领域，具体涉及一种耐水水性金属烤漆的制备方法。本发明将自制环氧树脂乳液、自制环氧大豆油、自制聚苯胺乳液以及马来酸酐等其他添加剂混合，经过高速分散得到耐水水性金属烤漆，环氧大豆油与马来酸酐发生双键交联，形成的低聚物在加热条件下易与金属发生络合，从而提高金属与水性金属烤漆间的分子作用力，使水性金属烤漆得附着力提升，柠檬与大豆压榨后所得的混合液可以作为一种复配的疏水表面活性物质，经过接枝反应得到改性树脂乳液，最终形成了非常稳定的环氧树脂乳液，水性金属烤漆固化时，表层疏水的胶束会聚集在漆膜表面，从而使水性金属烤漆的疏水性能增强，应用前景广阔。

Description

一种耐水水性金属烤漆的制备方法

技术领域

本发明涉及涂料制备技术领域，具体涉及一种耐水水性金属烤漆的制备方法。

背景技术

据统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属约为年产量的20%以上，由此带来的经济损失约10000亿美元。我国每年因腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的4%，超过了火灾、风灾和地震造成的损失的总和。因此防腐涂料的发展是保护环境和节约石油资源的共同要求。

金属烤漆作为一种常见的工业用漆，广泛应用于机械制造、机电和五金等行业。目前用于金属烤漆的市场日益发展壮大，但市面上金属烤漆主要是溶剂型烤漆，传统的溶剂型烤漆不仅易燃，易爆，在储存、运输、施工时带来诸多安全隐患。此外，溶剂价格昂贵，在成膜后溶剂全部挥发到空气中，这不仅是一种资源浪费，还会造成严重的环境污染问题。随着人们环保意识的增强，水性烤漆取代油性烤漆成为工业和社会发展的必要趋势。

水性烤漆是以水为主要溶剂或分散介质的烤漆，与溶剂型烤漆相比水性烤漆的最大优点是大大降低了有机溶剂的用量或基本消除了有机溶剂的存在，可大幅度降低VOC的排放量，符合环保要求。目前，水性烤漆的种类比较多，常用的有丙烯酸类、聚酯类、聚氨酯类等。水性烤漆因生产施工安全、无异味等优点，在金属防腐工业中越来越受到重视。然而，水性金属烤漆因其溶剂（水）的渗透性弱、水性烤漆对金属的润湿性差、基材表面的光洁度高等缘故，导致水性烤漆难以在金属基材上产生良好的附着，严重妨碍了水性金属烤漆的发展。另外，水性金属烤漆还存在耐水性差的问题。

因此，研制出一种能够解决上述性能问题的水性金属烤漆非常有必要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对水性金属烤漆在光洁的金属表面附着困难以及耐水性不佳的缺陷，提供了一种耐水水性金属烤漆的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70～80mL去离子水、8～10mL十二烷基硫酸钠，启动搅拌器搅拌45～50min，得到预乳化液，向预乳化液中加入40～50mL苯胺后，用滴液漏斗向三口烧瓶滴加20～25mL过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应，出料，得到聚苯胺乳液；

（2）向带有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入50～60mL大豆油、10～12mL甲酸溶液、20～25mL双氧水和30～40mL硫酸溶液，启动搅拌器搅拌，加热升温，保温反应，得到反应产物，将反应产物移入分液漏斗中，水洗，弃去水相，得到油相，用氢氧化钠溶液中和油相，得到环氧大豆油；

（3）将柠檬与大豆混合，放入压榨机压榨，过滤分离得到混合液，将250～300g双酚A型环氧树脂和20～25mL混合液置于带有通气口与恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，并将三口烧瓶油浴加热升温，将乙二醇单丁醚与正丁醇混合得到共溶剂，取300～350mL共溶剂加入三口烧瓶中，待双酚A型环氧树脂完全溶解后，在氮气保护下，继续油浴加热升温；

（4）取20～30mL甲基丙烯酸、30～40mL丙烯酸丁酯、10～15mL苯乙烯和0.5～1.0mL过氧化苯甲酰，混合得到预混合溶液，将200～220mL预混合溶液通过恒压滴液漏斗上述三口烧瓶滴加预混合溶液，保温反应，得到改性树脂乳液；

（5）待上述改性树脂乳液降温，向降温后的改性树脂乳液中加入氨水，调节改性树脂乳液pH，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将40～50份环氧树脂乳液、10～12份二乙烯三胺、20～30份硅胶粉、20～22份金红石型钛白粉、15～18份马来酸酐、10～15份环氧大豆油和18～20份聚苯胺乳液置于高速分散机中分散10～15min后，得到耐水水性金属烤漆。

步骤（1）所述的搅拌转速为300～330r/min，搅拌时间为45～50min，滴液漏斗滴加速率为 3～5mL/min，过硫酸铵溶液的质量分数为5%，常温下反应时间为6～7h。

步骤（2）所述的甲酸的质量分数为10%，双氧水的质量分数为20%，硫酸溶液的质量分数为75%，搅拌转速为200～220r/min，加热升温后温度为90～95℃，保温反应时间为2.0～2.5h，氢氧化钠溶液的质量分数为30%。

步骤（3）所述的将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨30～40min，加热升温后温度为80～85℃，乙二醇单丁醚与正丁醇混合的体积比为2︰1，继续油浴加热升温后温度为140～150℃。

步骤（4）所述的恒压滴液漏斗的滴加速率为5～8mL/min，保温反应时间为2～3h。

步骤（5）所述的改性树脂乳液降温后温度为50～55℃，氨水质量分数为30%，氨水调节改性树脂乳液pH为6.8～7.0，高速分散机转速为3000～3500r/min，分散时间为10～15min。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以苯胺为单体，加入到预乳化液中引发聚合得到聚苯胺乳液，将大豆油、双氧水、硫酸溶液和甲酸溶液混合，加热搅拌反应得到反应产物，将反应产物分液提取油相，经过中和得到环氧大豆油，将柠檬与大豆混合压榨，过滤分离得到混合液，将环氧树脂、混合液混合，掺入乙二醇单丁醚与正丁醇组成的共溶剂中，直至环氧树脂完全溶解，再加入预混合溶液，保温反应得到改性树脂乳液，将改性树脂乳液用氨水调节pH后得到环氧树脂乳液，将环氧树脂乳液、环氧大豆油、聚苯胺乳液以及马来酸酐等其他添加剂混合，经过高速分散得到耐水水性金属烤漆，本发明中环氧大豆油在水性金属烤漆中含量较少，但环氧大豆油与马来酸酐反应时活性较强，环氧大豆油与马来酸酐发生双键交联，形成低聚物，柠檬与大豆混合压榨得到的混合液中含有柠檬酸，该种低聚物和柠檬酸都含有对称的给电子有机结构，加热条件下易与金属发生络合，从而提高金属与水性金属烤漆间的分子作用力，使水性金属烤漆的附着力大大提高；

（2）本发明中柠檬与大豆压榨后所得的混合液可以作为一种复配的疏水表面活性物质，使水性金属烤漆的疏水性能得到增强，预混合溶液作为丙烯酸树脂的混合单体掺入溶解的环氧树脂中，经过接枝反应得到改性树脂乳液，未接枝的丙烯酸树脂不溶于水，在水中容易形成胶束，接枝环氧树脂的疏水链段和与其相混溶的未接枝环氧树脂处于胶束内部，接枝环氧树脂的亲水链段处于胶束表层，吸附了丙烯酸共聚物的羧酸盐在胶束表面，颗粒表面带有电荷，调节pH后，最终形成非常稳定的环氧树脂乳液，水性金属烤漆固化时，表层疏水的胶束会聚集在漆膜表面，从而使水性金属烤漆的疏水性能增强，应用前景广阔。

具体实施方式

向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70～80mL去离子水、8～10mL十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以300～330r/min的转速搅拌45～50min，得到预乳化液，向预乳化液中加入40～50mL苯胺后，用滴液漏斗以3～5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加20～25mL质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6～7h，出料，得到聚苯胺乳液；向带有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入50～60mL大豆油、10～12mL质量分数为10%的甲酸溶液、20～25mL质量分数为20%的双氧水和30～40mL质量分数为75%的硫酸溶液，启动搅拌器，以200～220r/min的转速搅拌，加热升温90～95℃，保温反应2.0～2.5h，得到反应产物，将反应产物移入分液漏斗中，水洗，弃去水相，得到油相，用质量分数为30%氢氧化钠溶液中和油相，得到环氧大豆油；将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨30～40min，过滤分离得到混合液，将250～300g双酚A型环氧树脂和20～25mL混合液置于带有通气口与恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，并将三口烧瓶油浴加热升温至80～85℃，将乙二醇单丁醚与正丁醇按体积比为2︰1混合得到共溶剂，取300～350mL共溶剂加入三口烧瓶中，待双酚A型环氧树脂完全溶解后，在氮气保护下，继续油浴加热升温至140～150℃；取20～30mL甲基丙烯酸、30～40mL丙烯酸丁酯、10～15mL苯乙烯和0.5～1.0mL过氧化苯甲酰，混合得到预混合溶液，将200～220mL预混合溶液通过恒压滴液漏斗以5～8mL/min的滴加速率，向上述三口烧瓶滴加预混合溶液，保温反应2～3h，得到改性树脂乳液；待上述改性树脂乳液降温至50～55℃，向降温后的改性树脂乳液中加入质量分数为30%的氨水，调节改性树脂乳液pH为6.8～7.0，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将40～50份环氧树脂乳液、10～12份二乙烯三胺、20～30份硅胶粉、20～22份金红石型钛白粉、15～18份马来酸酐、10～15份环氧大豆油和18～20份聚苯胺乳液置于高速分散机中以3000～3500r/min的转速，分散10～15min后，得到耐水水性金属烤漆。

实例1

向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70mL去离子水、8mL十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以300r/min的转速搅拌45min，得到预乳化液，向预乳化液中加入40mL苯胺后，用滴液漏斗以3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加20mL质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6h，出料，得到聚苯胺乳液；向带有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入50mL大豆油、10mL质量分数为10%的甲酸溶液、20mL质量分数为20%的双氧水和30mL质量分数为75%的硫酸溶液，启动搅拌器，以200r/min的转速搅拌，加热升温90℃，保温反应2.0h，得到反应产物，将反应产物移入分液漏斗中，水洗，弃去水相，得到油相，用质量分数为30%氢氧化钠溶液中和油相，得到环氧大豆油；将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨30min，过滤分离得到混合液，将250g双酚A型环氧树脂和20mL混合液置于带有通气口与恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，并将三口烧瓶油浴加热升温至80℃，将乙二醇单丁醚与正丁醇按体积比为2︰1混合得到共溶剂，取300mL共溶剂加入三口烧瓶中，待双酚A型环氧树脂完全溶解后，在氮气保护下，继续油浴加热升温至140℃；取20mL甲基丙烯酸、30mL丙烯酸丁酯、10mL苯乙烯和0.5mL过氧化苯甲酰，混合得到预混合溶液，将200mL预混合溶液通过恒压滴液漏斗以5mL/min的滴加速率，向上述三口烧瓶滴加预混合溶液，保温反应2h，得到改性树脂乳液；待上述改性树脂乳液降温至50℃，向降温后的改性树脂乳液中加入质量分数为30%的氨水，调节改性树脂乳液pH为6.8，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将40份环氧树脂乳液、10份二乙烯三胺、20份硅胶粉、20份金红石型钛白粉、15份马来酸酐、10份环氧大豆油和18份聚苯胺乳液置于高速分散机中以3000r/min的转速，分散10min后，得到耐水水性金属烤漆。

实例2

向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入75mL去离子水、9mL十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以315r/min的转速搅拌48min，得到预乳化液，向预乳化液中加入45mL苯胺后，用滴液漏斗以4mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加23mL质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6.5h，出料，得到聚苯胺乳液；向带有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入55mL大豆油、11mL质量分数为10%的甲酸溶液、23mL质量分数为20%的双氧水和35mL质量分数为75%的硫酸溶液，启动搅拌器，以210r/min的转速搅拌，加热升温93℃，保温反应2.3h，得到反应产物，将反应产物移入分液漏斗中，水洗，弃去水相，得到油相，用质量分数为30%氢氧化钠溶液中和油相，得到环氧大豆油；将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨35min，过滤分离得到混合液，将275g双酚A型环氧树脂和23mL混合液置于带有通气口与恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，并将三口烧瓶油浴加热升温至83℃，将乙二醇单丁醚与正丁醇按体积比为2︰1混合得到共溶剂，取325mL共溶剂加入三口烧瓶中，待双酚A型环氧树脂完全溶解后，在氮气保护下，继续油浴加热升温至145℃；取25mL甲基丙烯酸、35mL丙烯酸丁酯、13mL苯乙烯和0.7mL过氧化苯甲酰，混合得到预混合溶液，将210mL预混合溶液通过恒压滴液漏斗以7mL/min的滴加速率，向上述三口烧瓶滴加预混合溶液，保温反应2.5h，得到改性树脂乳液；待上述改性树脂乳液降温至53℃，向降温后的改性树脂乳液中加入质量分数为30%的氨水，调节改性树脂乳液pH为6.9，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将45份环氧树脂乳液、11份二乙烯三胺、25份硅胶粉、21份金红石型钛白粉、17份马来酸酐、13份环氧大豆油和19份聚苯胺乳液置于高速分散机中以3250r/min的转速，分散13min后，得到耐水水性金属烤漆。

实例3

向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入80mL去离子水、10mL十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以330r/min的转速搅拌50min，得到预乳化液，向预乳化液中加入50mL苯胺后，用滴液漏斗以5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中滴加25mL质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应7h，出料，得到聚苯胺乳液；向带有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入60mL大豆油、12mL质量分数为10%的甲酸溶液、25mL质量分数为20%的双氧水和40mL质量分数为75%的硫酸溶液，启动搅拌器，以220r/min的转速搅拌，加热升温95℃，保温反应2.5h，得到反应产物，将反应产物移入分液漏斗中，水洗，弃去水相，得到油相，用质量分数为30%氢氧化钠溶液中和油相，得到环氧大豆油；将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨40min，过滤分离得到混合液，将300g双酚A型环氧树脂和25mL混合液置于带有通气口与恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，并将三口烧瓶油浴加热升温至85℃，将乙二醇单丁醚与正丁醇按体积比为2︰1混合得到共溶剂，取350mL共溶剂加入三口烧瓶中，待双酚A型环氧树脂完全溶解后，在氮气保护下，继续油浴加热升温至150℃；取30mL甲基丙烯酸、40mL丙烯酸丁酯、15mL苯乙烯和1.0mL过氧化苯甲酰，混合得到预混合溶液，将220mL预混合溶液通过恒压滴液漏斗以8mL/min的滴加速率，向上述三口烧瓶滴加预混合溶液，保温反应3h，得到改性树脂乳液；待上述改性树脂乳液降温至55℃，向降温后的改性树脂乳液中加入质量分数为30%的氨水，调节改性树脂乳液pH为7.0，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将50份环氧树脂乳液、12份二乙烯三胺、30份硅胶粉、22份金红石型钛白粉、18份马来酸酐、15份环氧大豆油和20份聚苯胺乳液置于高速分散机中以3500r/min的转速，分散15min后，得到耐水水性金属烤漆。

对比例

以丽水市某公司生产的水性金属烤漆作为对比例

对本发明制得的耐水水性金属烤漆和对比例中的水性金属烤漆进行检测，检测结果如表1所示：

1、测试方法

将本发明制备的实例1～3和对比例样品，均匀涂刷在表面光滑的马口铁表面上，于150℃环境中烘烤10min，待其固化后，测定漆膜性能。

附着力测试：按照标准GB/T9286进行测试。0级最好，1级次之。

耐水性测试：按照标准GB/T1733-193进行测试。

耐湿热性测试：按照标准GB/T1740-79进行测试。

表1

由表1数据可知，本发明制得的耐水水性金属烤漆耐水性好，耐湿热性好，在不同材料上的附着力强，明显优于对比例产品。因此，具有广阔的使用前景。

Claims

1.一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（5）待上述改性树脂乳液降温，向降温后的改性树脂乳液中加入氨水，调节改性树脂乳液pH，得到环氧树脂乳液，按重量份数计，将40～50份环氧树脂乳液、10～12份二乙烯三胺、20～30份硅胶粉、20～22份金红石型钛白粉、15～18份马来酸酐、10～15份环氧大豆油和18～20份聚苯胺乳液置于高速分散机中分散后，得到耐水水性金属烤漆。

2.根据权利要求1所述的一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的搅拌转速为300～330r/min，搅拌时间为45～50min，滴液漏斗滴加速率为 3～5mL/min，过硫酸铵溶液的质量分数为5%，常温下反应时间为6～7h。

3.根据权利要求1所述的一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的甲酸的质量分数为10%，双氧水的质量分数为20%，硫酸溶液的质量分数为75%，搅拌转速为200～220r/min，加热升温后温度为90～95℃，保温反应时间为2.0～2.5h，氢氧化钠溶液的质量分数为30%。

4.根据权利要求1所述的一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的将柠檬与大豆按质量比为1︰2混合，放入压榨机压榨30～40min，加热升温后温度为80～85℃，乙二醇单丁醚与正丁醇混合的体积比为2︰1，继续油浴加热升温后温度为140～150℃。

5.根据权利要求1所述的一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的恒压滴液漏斗的滴加速率为5～8mL/min，保温反应时间为2～3h。

6.根据权利要求1所述的一种耐水水性金属烤漆的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的改性树脂乳液降温后温度为50～55℃，氨水质量分数为30%，氨水调节改性树脂乳液pH为6.8～7.0，高速分散机转速为3000～3500r/min，分散时间为10～15min。