CN108441059A - 一种水性清漆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性清漆的制备方法，属于水性材料技术领域。本发明以玻璃鳞片为原料，以γ‑（2,3‑环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷作为表面活性桥接剂对玻璃鳞片进行了接枝改性，使其一端可以与玻璃鳞片表面的硅羟基进行键合反应，玻璃鳞片具有很好的抗渗透能力，对外部介质形成一种独特的屏蔽结构，耐腐蚀性能优异，同时玻璃鳞片可以在固化过程中随之收缩应力而发生移动，进而使收缩应力对玻璃鳞片做功，减少了残余应力的存在，进而减少了裂缝和界面空隙的产生，避免了清漆涂抹后产生鼓包、开裂的现象。本发明解决了目前水性清漆涂层耐候性、耐老化性能差，涂抹后易鼓包、开裂，防护时间短的问题。

Description

一种水性清漆的制备方法

技术领域

本发明属于水性材料技术领域，具体涉及一种水性清漆的制备方法。

背景技术

水性清漆，属于水性材料技术领域的产品之一。水性清漆一般是指“水溶性清漆”。水溶性清漆对金属及镀层具有很强的附着力和抗氧化、防腐蚀能力，固化使镀层表面形成透明、光亮、耐磨且有韧性，不溶于水，耐酸碱的坚固保护膜，具有防指纹，防温、防潮、防酸、防碱的性能，且能耐高温。是镀层表面防腐蚀，防变色的最佳选择。易操作，浸涂喷刷均可，粘度大。适用于金属电镀后的表面处防锈防变处理，如铜及铜合金镀层、防金镀层、镍铬、银镀层、兰、白、锌等镀种有良好的保护作用，同时也广泛应用于五金、通讯器材、仪表、家用电器、灯具等产品的装饰性镀镀层和防腐蚀性镀层。

目前在涂料市场上水性涂料越来越受到重视，相比溶剂型涂料在生产和施工时不会产生大量的可挥发有机物，也不会产生一些含苯类对人体健康有巨大伤害的有机物。除了传统的乳胶漆，水性清漆的研究发展也越来越快，主要应用在木器、金属件等方面。但是这些水性清漆在实际使用中涂层耐候性、耐老化性能差，涂抹后易鼓包、开裂，防护时间短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前水性清漆涂层耐候性、耐老化性能差，涂抹后易鼓包、开裂，防护时间短的问题，提供一种水性清漆的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种水性清漆的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取10~15份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、1~3份甲醇、2~4份丙三醇、80~90份无水乙醇、10~15份去离子水混合，调节pH至4~6，于40~50℃搅拌混合，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：15~18加入二甲苯，于25~30℃搅拌分散，通入氮气保护，以60滴/min的速度滴加加入玻璃鳞片质量60~90%的混合物，升温至70~80℃搅拌混合，再升温至100~110℃保温，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合，得混合液，按质量份数计，取20~25份干燥物、15~20份双氧水、50~60份无水乙醇、150~200份二甲苯、100~120份混合液，通入氮气保护，升温至75~80℃搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入硫酸、无水乙醇混合，升温至100~110℃搅拌反应，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.1~0.4%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、75~80℃ 搅拌混合，得基体物，按质量份数计，取1~2份1,4-丁二醇、1~2份2,2-二羟甲基丙酸、12~15份环氧树脂、1~3份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸羟乙酯，于70~80℃搅拌混合，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合20~30min，得混合液A，按质量份数计，取150~200份混合液A、40~50份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、1~3份过硫酸钾、70~90份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于70~80℃搅拌反应，冷却至室温，即得水性清漆。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以玻璃鳞片为原料，其主要成分为二氧化硅，表面富含硅羟基，具有很强的亲水性，与水性清漆树脂的相容性不强，以γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷作为表面活性桥接剂对玻璃鳞片进行了接枝改性，使其一端可以与玻璃鳞片表面的硅羟基进行键合反应，而另一端的活性基团可以保留在玻璃鳞片的表面，进而提高玻璃鳞片表面的反应活性，增强与环氧水性清漆的结合性能，片状玻璃鳞片在涂层中均匀平行排列，形成层层交错叠加的防护层，玻璃鳞片具有很好的抗渗透能力，对外部介质形成一种独特的屏蔽结构，耐腐蚀性能优异，同时玻璃鳞片可以在固化过程中随之收缩应力而发生移动，进而使收缩应力对玻璃鳞片做功，减少了残余应力的存在，进而减少了裂缝和界面空隙的产生，避免了清漆涂抹后产生鼓包、开裂的现象，再将其与端羧基液态丁腈橡胶进行接枝，其流动性较好，与环氧树脂基清漆相容较好，可有效增韧树脂，它能有效地改善树脂的耐候、耐磨、耐老化等性能，在与清漆共混过程中会发生一定的化学反应过程，可有效提高共混物的回弹性，弯曲强度、抗冲击性及表面成型效果等，它还具有较好的粘合性及流动性，并且由于分子链中具有一定活性的羧基，在增韧或者改性过程中可以与环氧树脂或无机填料表面的羟基发生化学反应，制得粘结力强、回弹性好和耐油性好的清漆涂层；

（2）本发明以异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇为原料进行乳液聚合，形成水性清漆的基体物，同时引入了功能性单体十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠，其分子链中含有两亲的分子结构，同时又具有可聚合的双键基团，在提高体系稳定性，同时可以参与聚合过程，再加入高强度、附着力优良的环氧树脂，进一步提高水性聚氨酯胶膜的机械强度、耐热性、耐水性，环氧树脂与其中的异氰酸酯基团发生反应，使得体系中产生部分交联网状结构，也会使乳液粒径变大，使其力学性能得到提高，再将上述接枝了端羧基液态丁腈橡胶的改性玻璃鳞片加入，加入引发剂引发接枝，引入其中的主要活性基团，与环氧树脂基水性清漆紧密结合，提高水性清漆的整体性能。

具体实施方式

环氧树脂：酚醛环氧树脂，购于山东德源环氧科技有限公司。

一种水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取10~15份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、1~3份甲醇、2~4份丙三醇、80~90份无水乙醇、10~15份去离子水混合，调节pH至4~6，于40~50℃搅拌混合2~3h，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：15~18加入二甲苯，于25~30℃搅拌分散20~30min，通入氮气保护，再加入玻璃鳞片质量60~90%的混合物，以60滴/min的速度滴加，升温至70~80℃搅拌混合2~3h，再升温至100~110℃保温50~60min，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取8~10h，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合20~30min，得混合液，按质量份数计，取20~25份干燥物、15~20份双氧水、50~60份无水乙醇、150~200份二甲苯、100~120份混合液 ，通入氮气保护，升温至75~80℃搅拌混合2~3h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入质量分数为20%的硫酸、无水乙醇混合，升温至100~110℃搅拌反应1~2h，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.1~0.4%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、75~80℃ 搅拌混合1~2 h，得基体物，按质量份数计，取1~2份1,4-丁二醇、1~2份2,2-二羟甲基丙酸、12~15份环氧树脂、1~3份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸羟乙酯，于70~80℃搅拌混合2~3h，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合20~30min，得混合液A，按质量份数计，取150~200份混合液A、40~50份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、1~3份过硫酸钾、70~90份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于70~80℃搅拌反应2~3h，冷却至室温，即得水性清漆。

实施例1

环氧树脂：酚醛环氧树脂，购于山东德源环氧科技有限公司。

一种水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取10份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、1份甲醇、2份丙三醇、80份无水乙醇、10份去离子水混合，调节pH至4，于40℃搅拌混合2h，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：15加入二甲苯，于25℃搅拌分散20min，通入氮气保护，再加入玻璃鳞片质量60%的混合物，以60滴/min的速度滴加，升温至70℃搅拌混合2h，再升温至100℃保温50min，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取8h，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合20min，得混合液，按质量份数计，取20份干燥物、15份双氧水、50份无水乙醇、150份二甲苯、100份混合液 ，通入氮气保护，升温至75℃搅拌混合2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入质量分数为20%的硫酸、无水乙醇混合，升温至100℃搅拌反应1h，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.1%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、75℃ 搅拌混合1 h，得基体物，按质量份数计，取1份1,4-丁二醇、1份2,2-二羟甲基丙酸、12份环氧树脂、1份甲基丙烯酸甲酯、2份丙烯酸羟乙酯，于70℃搅拌混合2h，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合20min，得混合液A，按质量份数计，取150份混合液A、40份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、1份过硫酸钾、70份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于70℃搅拌反应2h，冷却至室温，即得水性清漆。

实施例2

环氧树脂：酚醛环氧树脂，购于山东德源环氧科技有限公司。

一种水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取15份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、3份甲醇、4份丙三醇、90份无水乙醇、15份去离子水混合，调节pH至6，于50℃搅拌混合3h，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：18加入二甲苯，于30℃搅拌分散30min，通入氮气保护，再加入玻璃鳞片质量90%的混合物，以60滴/min的速度滴加，升温至80℃搅拌混合3h，再升温至110℃保温60min，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取10h，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合30min，得混合液，按质量份数计，取25份干燥物、20份双氧水、60份无水乙醇、200份二甲苯、120份混合液 ，通入氮气保护，升温至80℃搅拌混合3h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入质量分数为20%的硫酸、无水乙醇混合，升温至110℃搅拌反应2h，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.4%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、80℃ 搅拌混合2 h，得基体物，按质量份数计，取2份1,4-丁二醇、2份2,2-二羟甲基丙酸、15份环氧树脂、3份甲基丙烯酸甲酯、4份丙烯酸羟乙酯，于80℃搅拌混合3h，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合30min，得混合液A，按质量份数计，取200份混合液A、50份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、3份过硫酸钾、90份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于80℃搅拌反应3h，冷却至室温，即得水性清漆。

实施例3

环氧树脂：酚醛环氧树脂，购于山东德源环氧科技有限公司。

一种水性清漆的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取12.5份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、2份甲醇、3份丙三醇、85份无水乙醇、12.5份去离子水混合，调节pH至5，于45℃搅拌混合2.5h，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：16.5加入二甲苯，于27.5℃搅拌分散25min，通入氮气保护，再加入玻璃鳞片质量75%的混合物，以60滴/min的速度滴加，升温至75℃搅拌混合2.5h，再升温至105℃保温55min，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取9h，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合25min，得混合液，按质量份数计，取22.5份干燥物、17.5份双氧水、55份无水乙醇、175份二甲苯、110份混合液 ，通入氮气保护，升温至77.5℃搅拌混合2.5h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入质量分数为20%的硫酸、无水乙醇混合，升温至105℃搅拌反应1.5h，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.25%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、77.5℃ 搅拌混合1.5 h，得基体物，按质量份数计，取1.5份1,4-丁二醇、1.5份2,2-二羟甲基丙酸、13.5份环氧树脂、2份甲基丙烯酸甲酯、3份丙烯酸羟乙酯，于75℃搅拌混合2.5h，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合25min，得混合液A，按质量份数计，取175份混合液A、45份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、2份过硫酸钾、80份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于75℃搅拌反应2.5h，冷却至室温，即得水性清漆。

对比例：苏州市某公司生产的水性清漆

将本发明实施例1~3的水性清漆及对比例的水性清漆的各项性能指标做对比，测试结果见下表1：

表1 水性清漆的各项性能指标

各项性能	涂抹后漆膜外观	耐候性（紫外加速老化，7天）	紫外光辐照加速老化时间/h（90℃、270W）	耐磨性/g
					实施例1	无鼓包、开裂	不开裂、不脱落	390	1392
实施例2	无鼓包、开裂	不开裂、不脱落	450	1450
					实施例3	无鼓包、开裂	不开裂、不脱落	425	1398
对比例	有鼓包、开裂	开裂、脱落	225~247	1278~1300

本发明的水性清漆涂层耐候性、耐老化性能好，涂抹后不易鼓包、开裂，防护时间较长。综上所述，本发明的水性清漆完全符合要求，值得大力推广与使用。

Claims (1)

1.一种水性清漆的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）按质量份数计，取10~15份γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷 、1~3份甲醇、2~4份丙三醇、80~90份无水乙醇、10~15份去离子水混合，调节pH至4~6，于40~50℃搅拌混合，得混合物；

（2）取玻璃鳞片按质量比1：15~18加入二甲苯，于25~30℃搅拌分散，通入氮气保护，以60滴/min的速度滴加加入玻璃鳞片质量60~90%的混合物，升温至70~80℃搅拌混合，再升温至100~110℃保温，抽滤，取滤渣经二甲苯洗涤，得洗涤物，取洗涤物按质量比1：6加入四氢呋喃混合，索氏提取，取提取物减压蒸馏，真空干燥，得干燥物；

（3）取端羧基液态丁腈橡胶按质量比1：10加入二甲苯混合，得混合液，按质量份数计，取20~25份干燥物、15~20份双氧水、50~60份无水乙醇、150~200份二甲苯、100~120份混合液，通入氮气保护，升温至75~80℃搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比100：1：5加入硫酸、无水乙醇混合，升温至100~110℃搅拌反应，旋转蒸发，得旋转蒸发物，备用；

（4）取异佛尔酮二异氰酸酯、1,2-丙二醇按质量比1：1混合，再加入异佛尔酮二异氰酸酯质量0.1~0.4%的二月桂酸二丁基锡，于400r/min、75~80℃ 搅拌混合，得基体物，按质量份数计，取1~2份1,4-丁二醇、1~2份2,2-二羟甲基丙酸、12~15份环氧树脂、1~3份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸羟乙酯，于70~80℃搅拌混合，得搅拌混合物A；

（5）取搅拌混合物A按质量比100：1：150加入三乙胺、去离子水，搅拌混合20~30min，得混合液A，按质量份数计，取150~200份混合液A、40~50份十六烷基烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、1~3份过硫酸钾、70~90份步骤（2）备用的旋转蒸发物，于70~80℃搅拌反应，冷却至室温，即得水性清漆。