CN108624197A - 一种水性卷材用罩光油及其制备方法 - Google Patents

一种水性卷材用罩光油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性卷材用罩光油，包括以下质量百分比的组分：环氧改性丙烯酸树脂40‑70％，聚酯树脂10‑30％，高亚氨基树脂4‑15％，封闭型异氰酸酯固化剂3‑6％，助溶剂0.5‑5％，流平剂0.2‑1％，分散剂0.2‑1％，消泡剂0.2‑1％，中和剂0.1‑1％，水10‑41％。本发明还提供该水性卷材用罩光油的制备方法。本发明的水性卷材用罩光油是以水为溶剂，并加入少量助溶剂的环保涂料，优点在于：1)不易燃、不易爆、有机挥发物(VOC)的排放少、绿色环保；2)生产工艺简单、成本低、流平性好、附着力高、耐黄变、固含量高且粘度低；3)具有色浅、清晰透明度高、良好保光保色性和耐候性，涂膜丰满，耐热性好的特点；4)耐化学品性能好，对酸、碱、醇、油等稳定。5)尺寸稳定性好、具有防介质渗透性。

Description

一种水性卷材用罩光油及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种水性卷材用罩光油及其制备方法。
背景技术
普通的卷材一般由金属制成，耐候性与耐腐蚀性较差。为了增强卷材制品的耐候性与耐腐蚀性，延长其使用寿命，通常需要对卷材材料进行表面处理。金属表面处理技术一般包括喷漆、电镀、化学氧化、涂层技术等。采用涂层技术对金属表面进行处理的方法由来已久，其中最为简单有效的方法是直接在金属表面涂敷适宜的涂料，通过适当的快速高温烘烤后，待涂料中的溶剂蒸发之后，便可在金属卷材表面形成一层致密的保护膜。
目前，金属卷材表面保护膜一般会使用金属卷材罩光油。罩光油是一种涂在物品表面上增加光泽以提高保护内层的一种涂层，由成膜性能好的树脂溶解在溶剂(介质)中，制成有一定流动性和黏度的透明光亮的材料。金属卷材罩光油产品是以苯类、酮类及酯类溶剂型烘烤为主。溶剂型烘烤金属罩光油的应用比较成熟，具有附着力好、柔韧性好、光泽高、高温不黄变等优点。然而，这些溶剂型涂料中含有大量有机溶剂，在使用过程中，有机溶剂挥发进入大气中，这不仅危害人体健康，而且会导致严重的环境污染。此外，溶剂型罩光油都需要经过高温烘烤固化，烘烤温度大多在180-240℃之间，制得的罩光油容易变黄，且高温烘烤固化需要消耗大量的能源，不利于资源节约。随着全球范围内对环境、健康与资源问题的日益重视，金属卷材涂料行业日益面临着巨大的环保、生态和经济压力。在实际工业及日常应用中，普通的水性卷材用罩光油以丙烯酸树脂为主料，然而，现有的该类产品在粘附性、抗冲击性、光泽、固含量及粘度等性能方面还有待进一步提高。因此，研发新一代挥发性小、不含或微含VOC、毒性小、环保、烘烤温度低、耐变黄，且在粘附性、抗冲击性、光泽、固含量及粘度等性能方面优异的水性卷材用罩光油，是如今涂料工业中一个主要的发展方向。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种尺寸稳定性好、防介质渗透性、耐化学药品性、附着力高、柔韧性好、耐黄变、固含量高且粘度低的水性金属卷材用罩光油。
本发明所采用的技术方案是：一种水性卷材用罩光油，包括以下质量百分比的组分：
优选的，一种水性卷材用罩光油，包括以下质量百分比的组分：
具体地，所述的环氧改性丙烯酸树脂由包括以下步骤的方法制备的：
(1)将20-50重量份乙二醇单丁醚加入反应器中升温至90-120℃，滴加由50-80重量份含有8-15％的丙烯酸、3-8％的甲基丙烯酸、5-25％的丙烯酸乙酯、30-45％的丙烯酸丁酯、8-17％的环氧树脂、3-10％的丙烯酸羟乙酯、2-5％的丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体的重量0.3-1.0％的引发剂以及0.05-0.1％的链转移剂组成的混合液，并控制在3-6小时完成滴加；
(2)接着，将反应体系保温1-2小时，再补加0.1-0.3重量份引发剂，继续保温2-5小时；
(3)将反应体系的温度到85℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6-7.5，最后加入适量水调节至固含量为45-60％。
优选的，所述步骤(1)中的环氧树脂包括E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、F-51环氧树脂及不同厂家的同类型环氧树脂。本发明选用上述类型的环氧树脂，其目的在于：其合适的分子量，环氧值均为0.4-0.6之间，有利于最终产品的溶解性能，又可以满足达到其设计的性能指标，其有利于硬度提高，耐化性提高。
优选的，所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化异丙苯或异丙苯过氧化氢，优选过氧化异丙苯。
优选的，所述步骤(1)中的链转移剂为四氯化碳、正丁基硫醇或正丁基硫醚，优选正丁基硫醇。
优选的，所述步骤(3)中的有机胺中和剂包括但不限于三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇的一种或两种以上的组合。
优选的，所述高亚氨基树脂包括但不限于甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂或高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂。如氰特公司的308高甲醚化三聚氰胺交联剂、327高亚氨基三聚氰胺甲醛交联剂、325高亚氨基甲醚化三聚氰胺交联剂。本发明优选甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂，因为在烘烤过程中，甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂的热失重明显低于部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂；烘烤挥发物中甲醛含量很少；并且在漆膜较厚的情况下，由于失重低，甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂交联固化时起泡倾向低。本发明添加甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂或高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂，其目的在于：这两种树脂具有高反应活性，并且具有较高的自缩合倾向，与其配合的主体树脂的低酸值已足够催化交联反应，可适应低温反应，对烘烤温度不稳定的环境也可以反应并自干；其低聚性，可以使硬度和柔韧性平衡，不会造成只硬不柔韧的“脆性”；低分子量树脂挥发的可能性降低了，因此很适合用于对烘烤废气排放要求较严格的企业，能改善耐湿及耐盐雾性能。因此使本发明的罩光油具有非常好的硬度，光泽，耐化学性和室外耐久性。
优选的，所述封闭型异氰酸酯固化剂包括封闭型芳香族多异氰酸酯固化剂或封闭型HDI异氰酸酯固化剂(脂肪族)，如德固赛公司的VESTICOAT UB系列封闭型聚异氰酸酯交联剂、上海思沃化学的FB-10封闭型HDI异氰酸酯固化剂、FB-15封闭型HDI异氰酸酯固化剂。该封闭型异氰酸酯固化剂，耐光性优异，可提高罩光油漆膜柔韧性，耐热黄变性优异。
优选的，所述助溶剂包括但不限于异丙醇类、正丁醇、乙二醇丁醚类或丙二醇醚类。
具体的，所述流平剂为有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂。
具体的，所述分散剂为聚羧酸钠盐分散剂或高分子嵌段共聚物分散剂，比如聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂、有机硅嵌段共聚物分散剂。本发明的聚羧酸钠盐分散剂或高分子嵌段共聚物分散剂，具有极高的润湿、分散效率，起泡性低、粘度稳定性好、展色性佳、不影响罩光油的光泽。
具体的，所述消泡剂为非有机硅消泡剂或有机硅消泡剂。
具体的，所述中和剂包括氨水和有机胺中和剂，所述有机胺中和剂包括三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇中的一种或两种以上的组合。
在所述的各种助剂中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要从中选择出一种或者多种进行组合使用，也可以进一步加入适量其他助剂如润湿剂、增白剂、水性蜡等。
上述一种水性卷材用罩光油的制备方法，首先以上述原料配比，称取各原料；接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入高亚氨基树脂、封闭型异氰酸酯固化剂、助溶剂、流平剂、分散剂、消泡剂以及中和剂，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
在使用本发明的罩光油时，将其用涂布机涂在素铁、处理过的镀锌板以及铝等金属材料上，165-185℃下干燥6-15min，稍微冷却即形成涂膜，该涂膜的光泽度高、附着力好、硬度级别为2H-3H、耐冲压、耐溶剂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的水性卷材用罩光油是以水为溶剂，并加入少量助溶剂的环保涂料，优点在于：1)不易燃、不易爆、有机挥发物(VOC)的排放少、绿色环保；2)生产工艺简单、成本低、流平性好、附着力高、耐黄变、固含量高且粘度低；3)具有色浅、清晰透明度高、良好保光保色性和耐候性，涂膜丰满，耐热性好的特点；4)耐化学品性能好，对酸、碱、醇、油等稳定。5)尺寸稳定性好、具有防介质渗透性。
具体实施方式：
为加深本发明的理解，下面将结合实施案例对本发明作进一步详述。其中，实施例1和2涉及环氧改性丙烯酸树脂的制备，实施例3-6涉及以实施例1和2制备的环氧改性丙烯酸酯树脂为主要成分配制的水性卷材用罩光油。
实施例1
环氧改性丙烯酸树脂的制备：
(1)将30重量份乙二醇单丁醚加入反应器中升温至100℃，滴加由70重量份含有11％的丙烯酸、7％的甲基丙烯酸、5％的丙烯酸乙酯、45％的丙烯酸丁酯、17％的E-51环氧树脂、10％的丙烯酸羟乙酯、5％的丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体的重量0.3％的过氧化异丙苯以及0.1％的正丁基硫醇组成的混合液，并控制在5小时完成滴加；
(2)将反应体系保温2小时，再补加0.1重量份的过氧化异丙苯，继续保温4小时；
(3)随后将反应体系的温度到85℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6.5，最后加入适量水调节至固含量为55％，即得到本发明所用的环氧改性丙烯酸树脂。
实施例2
环氧改性丙烯酸树脂的制备：
(1)将50重量份乙二醇单丁醚加入反应器中升温至120℃，滴加由50重量份含有15％的丙烯酸、8％的甲基丙烯酸、20％的丙烯酸乙酯、34％的丙烯酸丁酯、10％的E-44环氧树脂、9％的丙烯酸羟乙酯、4％的丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体的重量0.4％的过氧化异丙苯以及0.08％的正丁基硫醇组成的混合液，并控制在6小时完成滴加；
(2)将反应体系保温2小时，再补加0.2重量份过氧化异丙苯，继续保温3小时；
(3)随后将反应体系的温度到70℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6.5，最后加入适量水调节至固含量为45％。
实施例3
首先按以下原料配比称取各原料：实施例1环氧改性丙烯酸树脂40％，聚酯树脂18％，308高甲醚化三聚氰胺交联剂4％，封闭型脂环族多异氰酸酯固化剂5％，丙二醇醚0.5％，丙烯酸酯流平剂0.4％，聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂0.5％，非有机硅消泡剂0.5％，二甲基乙醇胺0.1％，水31％。接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入308高甲醚化三聚氰胺交联剂、封闭型脂环族多异氰酸酯固化剂、丙二醇醚、丙烯酸酯流平剂、聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂、非有机硅消泡剂和二甲基乙醇胺，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
实施例4
首先按以下原料配比称取各原料：实施例1环氧改性丙烯酸树脂55％，聚酯树脂10％，327高亚氨基三聚氰胺甲醛交联剂6.7％，FB-10封闭型HDI异氰酸酯固化剂3％，异丙醇5％，有机硅流平剂0.3％，有机硅嵌段共聚物分散剂0.3％，有机硅消泡剂0.2％，三乙胺1％，水18.5％。接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入327高亚氨基三聚氰胺甲醛交联剂、FB-10封闭型HDI异氰酸酯固化剂、异丙醇、有机硅流平剂、有机硅嵌段共聚物分散剂、有机硅消泡剂和三乙胺，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
实施例5
首先按以下原料配比称取各原料：实施例2环氧改性丙烯酸树脂65％，聚酯树脂11％，325高亚氨基甲醚化三聚氰胺交联剂5.1％，FB-15封闭型HDI异氰酸酯固化剂4％，正丁醇3％，丙烯酸酯流平剂0.3％，聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂0.8％，非有机硅消泡剂0.3％，2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇0.5％，水10％。接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入325高亚氨基甲醚化三聚氰胺交联剂、FB-15封闭型HDI异氰酸酯固化剂、正丁醇、丙烯酸酯流平剂、聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂、非有机硅消泡剂和2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
实施例6
首先按以下原料配比称取各原料：实施例2环氧改性丙烯酸树脂45％，聚酯树脂15％，308高甲醚化三聚氰胺交联剂13％，FB-10封闭型HDI异氰酸酯固化剂6％，乙二醇丁醚1.3％，有机硅流平剂0.5％，有机硅嵌段共聚物分散剂0.9％，有机硅消泡剂0.7％，2-氨基-2-甲基丙醇0.6％，水17％。接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入308高甲醚化三聚氰胺交联剂、FB-10封闭型HDI异氰酸酯固化剂、乙二醇丁醚、有机硅流平剂、有机硅嵌段共聚物分散剂、有机硅消泡剂和2-氨基-2-甲基丙醇，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
涂布工艺参数：
将上述实施例3-5中的水性卷材用罩光油的涂布工艺参数如下表1：
表1
性能测试：
上述实施例3-5中的水性卷材用罩光油的性能测试如下表2：
表2
由上表可以看出，本发明的罩光油性能较好，附着力、光泽度、耐热性能、稳定性等方面均能满足市场需求。
将实施例3-6的罩光油与市场上的溶剂型罩光油对比，以相同的基材进行涂布，测试结果如表3所示：
表3
由表3可见，本发明的罩光油，各方面性能与市面上的溶剂型罩光油相比：水性罩光油性能指标达到同类油性产品性能，部分指标如漆膜柔韧性，耐黄变性能等还优于溶剂型罩光油产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (8)

1.一种水性卷材用罩光油，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
3.根据权利要求1或2所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，所述的环氧改性丙烯酸树脂由包括以下步骤的方法制备的：
(1)将20-50重量份乙二醇单丁醚加入反应器中升温至90-120℃，滴加由50-80重量份含有8-15％的丙烯酸、3-8％的甲基丙烯酸、5-25％的丙烯酸乙酯、30-45％的丙烯酸丁酯、8-17％的环氧树脂、3-10％的丙烯酸羟乙酯、2-5％的丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸羟丙酯丙烯酸类混合单体的重量0.3-1.0％的引发剂以及0.05-0.1％的链转移剂组成的混合液，并控制在3-6小时完成滴加；
(2)将反应体系保温1-2小时，再补加0.1-0.3重量份引发剂，继续保温2-5小时；
(3)将反应体系的温度到85℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6-7.5，最后加入适量水调节至固含量为45-60％。
4.根据权利要求3所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，所述步骤(1)中的环氧树脂包括E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、F-51环氧树脂及不同厂家的同类型环氧树脂。
5.根据权利要求1或2所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，所述高亚氨基树脂包括但不限于甲基醚化高亚氨基三聚氰胺树脂或高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂。
6.根据权利要求1或2所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯固化剂包括封闭型芳香族多异氰酸酯固化剂或封闭型HDI异氰酸酯固化剂。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种水性卷材用罩光油，其特征在于，所述流平剂为有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂；所述分散剂为聚羧酸钠盐分散剂或高分子嵌段共聚物分散剂；所述消泡剂为非有机硅消泡剂或有机硅消泡剂；所述中和剂包括氨水和有机胺中和剂。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种水性卷材用罩光油的制备方法，其特征在于，首先以权利要求1或2的原料配比，称取各原料；接着将称取的环氧改性丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，最后加入高亚氨基树脂、封闭型异氰酸酯固化剂、助溶剂、流平剂、分散剂、消泡剂和中和剂，设置搅拌速度为800r/min，高速搅拌30分钟，即得一种水性卷材用罩光油。
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