CN110590986B - 一种汽车漆用改性丙烯酸树脂、制备方法及车用底面合一漆 - Google Patents

一种汽车漆用改性丙烯酸树脂、制备方法及车用底面合一漆 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种汽车漆用改性丙烯酸树脂、制备方法及车用底面合一漆。其中，改性丙烯酸树脂的主链上包含结构单元A、B和C，其中结构单元A为含有羟基的甲基丙烯酸酯，结构单元B含有取代苯乙烯结构，结构单元C含有乙烯基硅烷结构。本发明实施例提供的改性丙烯酸树脂的制备方法步骤简单，工艺条件不苛刻，设备要求低。除了具有环境友好性以外，本发明实施例提供的车用底面合一漆，施工容易，具有良好的漆膜性能，硬度高、附着力强、光泽度高、耐候性能良好。

Description

一种汽车漆用改性丙烯酸树脂、制备方法及车用底面合一漆
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种汽车漆用改性丙烯酸树脂、制备方法及车用底面合一漆。
背景技术
随着汽车工业的蓬勃发展，汽车用涂料已经历了四次大的更新换代，从最初的油性涂料发展为硝基漆以后，又出现了以醇酸和酚醛为主的合成树脂涂料，之后人们开发出电泳涂料和优质合成树脂，如环氧涂料、氨基醇酸涂料、丙烯酸涂料、聚酯涂料和聚氨酯涂料等，近年来又研发出了环保型涂料。
传统的汽车漆大部分使用油性漆，即在汽车漆中大量使用有机溶剂，导致漆中含有大量可挥发成分VOC(Volatile Organic Compound)。在汽车漆的喷涂和烘烤过程中，大量有机溶剂挥发会造成严重的环境污染，同时，人体长期接触或吸入VOC也会导致多种疾病的发生。
随着技术的进步，环保意识的逐渐增强以及更加严格的法律法规的出台，汽车漆的发展逐渐朝低污染、高性能的方向进行。环保型涂料中，水性汽车漆利用水作为主要的溶剂，大大减少了VOC的产生，是目前公认的环保型材料，也是未来发展的主要方向。目前水性涂料占比涂料总量30％以上，发展潜力巨大。
水性汽车色漆，不论是实色漆还是金属闪光涂料，均应该具有和溶剂型涂料相当的性能，同时VOC含量大大低于溶剂型涂料。由于水性涂料主要的溶剂为水，水的挥发速率和表面张力和溶剂大不相同，所以必须采用和溶剂型涂料不同的设计方案。水性汽车漆的性能关键取决于其所用的树脂。
本申请发明人在实现本申请实施例的过程中，发现目前的水性汽车漆用树脂，由于树脂性能和特性的原因，制备得到的涂料难以满足在对车体具有优异保护性的同时还有令人赏心悦目的外观效果。
发明内容
首先，本发明实施例之一首先提供了一种汽车漆用改性丙烯酸树脂，该树脂的主链上包含结构单元A、B和C，其中结构单元A为含有羟基的甲基丙烯酸酯，结构单元B含有取代苯乙烯结构，结构单元C含有乙烯基硅烷结构。甲基丙烯酸酯乳液具有优异的成膜性、耐候性、粘结强度和附着力，在涂料、粘合剂、皮革加工和织物处理等方面具有广泛应用，而普通的甲基丙烯酸酯聚合物的耐水性差、附着力差、成膜性差，成膜后发脆，延展性和柔韧性差。聚硅烷的硅氧或硅碳键具有高度的柔顺性，耐高低温性能好，表面能低，耐水性优良。本发明实施例中，将含有羟基的甲基丙烯酸酯引入聚合物主链，一方面，羟基越多亲水性越好，使其具有用作水性汽车漆的潜力，保证了含有该改性丙烯酸树脂的汽车漆的环境友好性；另一方面，羟基的引入可以有效提高金属表面的附着力，增强流动性，使聚合物拥有较好的成膜性。将含羟基的甲基丙烯酸酯和有机硅烷这两类极性相差很大的单体进行共聚，使得到的聚合物材料兼具两者优异性能，提高了成膜后的高延展性和柔韧性，提高了抗高低温性能和耐水性能，得到一种兼具两者优异性能的改性丙烯酸树脂。
其次，本发明另一实施例提供了上述改性丙烯酸树脂的制备方法。
第三，本发明另一实施例提供了一种车用底面合一漆，该底面合一漆在对车体具有优异保护性的同时还有令人赏心悦目的外观效果。
一种汽车漆用改性丙烯酸树脂，所述改性丙烯酸树脂的主链上包含结构单元A、B和C；
所述结构单元A的通式为：
Figure BDA0002181286040000021
其中R1为至少含有一个羟基的取代基；
所述结构单元B的通式为：
Figure BDA0002181286040000022
其中R2包括氢原子、羟基或烷基中的至少一种；
所述结构单元C的通式为：
Figure BDA0002181286040000031
其中R3为烷基或烷氧基。
优选地，所述结构单元A包括：
Figure BDA0002181286040000032
Figure BDA0002181286040000041
优选地，所述结构单元B包括：
Figure BDA0002181286040000042
Figure BDA0002181286040000051
优选地，所述结构单元C包括：
Figure BDA0002181286040000052
优选地，所述结构单元A、B和C的摩尔比为(30～40)：(20～50)：(10～20)。
上述汽车漆用改性丙烯酸树脂的制备方法，所述的制备方法为：在惰性气体保护下，将包含结构单元A、B和C的单体加入水中，再加入引发剂、乳化剂和甲苯加热反应，待反应完成冷却后，减压蒸馏即得所述汽车漆用改性丙烯酸树脂。
制备汽车漆用改性丙烯酸树脂时，单体溶液、引发剂、乳化剂、甲苯和水的质量比(100～200)：(10～20)：(5～10)：(10～50)：(300～500)。
其中，惰性气体优选氮气，水为去离子水，引发剂为过硫酸钾，乳化剂为OP-10。制备时，氮气保护下，在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将结构单元溶液缓慢滴入烧瓶中，4h内滴完，滴完后继续保持90℃反应20h，反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的汽车漆用改性丙烯酸树脂。
一种车用底面合一漆，包括以下重量份计的组分：
上述汽车漆用改性丙烯酸树脂，或上述述制备方法制备的汽车漆用改性丙烯酸树脂20～30份，
颜料20～40份，
流平剂0.5～1份，
消泡剂0.5～1.0份，
防沉剂0.5～1.0份，
分散剂1.0～1.5份，
增稠剂1.0～1.5份，
紫外线吸收剂0.5～1.0份，
固化剂10～20份，
水20～40份。
优选地，所述颜料包括钛白粉。
优选地，所述流平剂包括瓦克HDK@N20，HDK@N20D和HDK@T30中的至少一种。
优选地，所述消泡剂包括DISPERBYK-118和DISPERBYK-2158中的至少一种。
优选地，所述防沉剂为海名斯P200X防沉剂和毕克ANTI-TERRA-203中的至少一种。
优选地，所述分散剂为毕克DISPERBYK-118或DISPERBYK-2158中的至少一种。
优选地，所述增稠剂为罗门哈斯TT-935。
优选地，所述紫外线吸收剂包括UV-326和UV-329中的至少一种。
优选地，所述固化剂为拜尔Bayhydur@3100、Bayhydur@XP2655和Bayhydur@BL5140中的至少一种。
车用底面合一漆的制备方法，步骤包括：
按配比称取所述汽车漆用改性丙烯酸树脂、颜料、流平剂、消泡剂、防沉剂、分散剂、增稠剂、紫外线吸收剂、固化剂和水，混匀即得车用底面合一漆。
本发明实施例的有益效果
1、本发明实施例提供的种汽车漆用改性丙烯酸树脂，该改性丙烯酸树脂将含有羟基的甲基丙烯酸酯引入聚合物主链，一方面，羟基越多亲水性越好，使其具有用作水性汽车漆的潜力，保证了含有该改性丙烯酸树脂的汽车漆的环境友好性，另一方面，羟基的引入可以有效提高金属表面的附着力，增强流动性，使聚合物拥有较好的成膜性，将含羟基的甲基丙烯酸酯和有机硅烷这两类极性相差很大的单体进行共聚，使得到的聚合物材料兼具两者优异性能，提高了成膜后的高延展性和柔韧性，提高了抗高低温性能和耐水性能，得到了一种兼具两者优异性能的改性丙烯酸树脂；
2、本发明实施例提供的改性丙烯酸树脂的制备方法步骤简单，工艺条件不苛刻，设备要求低；
3、除了具有环境友好性以外，本发明实施例提供的车用底面合一漆，施工容易，具有良好的漆膜性能，硬度高、附着力强、光泽度高、耐候性能良好。
具体实施方式
本发明实施例之一首先提供了一种汽车漆用改性丙烯酸树脂，该树脂的主链上包含结构单元A、B和C，其中结构单元A为含有羟基的甲基丙烯酸酯，结构单元B含有取代苯乙烯结构，结构单元C含有乙烯基硅烷结构。甲基丙烯酸酯乳液具有优异的成膜性、耐候性、粘结强度和附着力，在涂料、粘合剂、皮革加工和织物处理等方面具有广泛应用，而普通的甲基丙烯酸酯聚合物的耐水性差、附着力差、成膜性差，成膜后发脆，延展性和柔韧性差。聚硅烷的硅氧或硅碳键具有高度的柔顺性，耐高低温性能好，表面能低，耐水性优良。本发明实施例中，将含有羟基的甲基丙烯酸酯引入聚合物主链，一方面，羟基越多亲水性越好，使其具有用作水性汽车漆的潜力，保证了含有该改性丙烯酸树脂的汽车漆的环境友好性；另一方面，羟基的引入可以有效提高金属表面的附着力，增强流动性，使聚合物拥有较好的成膜性。将含羟基的甲基丙烯酸酯和有机硅烷这两类极性相差很大的单体进行共聚，使得到的聚合物材料兼具两者优异性能，提高了成膜后的高延展性和柔韧性，提高了抗高低温性能和耐水性能，得到一种兼具两者优异性能的改性丙烯酸树脂。本发明另一实施例提供了上述改性丙烯酸树脂的制备方法。本发明另一实施例提供了一种车用底面合一漆。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细地说明。
实施例1
本例提供了一种汽车漆用改性丙烯酸树脂，所述改性丙烯酸树脂的主链上包含结构单元A、B和C；
所述结构单元A的通式为：
Figure BDA0002181286040000081
其中R1为至少含有一个羟基的取代基；
所述结构单元B的通式为：
Figure BDA0002181286040000082
其中R2包括氢原子、羟基或烷基中的至少一种；
结构单元B的通式中，虚线部分存在时，表示萘基；虚线部分不存在时，表示苯环。
也就是说，结构单元B的通式为：
Figure BDA0002181286040000083
所述结构单元C的通式为：
Figure BDA0002181286040000084
其中R3为烷基或烷氧基。
优选地，所述结构单元A包括：
Figure BDA0002181286040000091
Figure BDA0002181286040000101
优选地，所述结构单元B包括：
Figure BDA0002181286040000102
优选地，所述结构单元C包括：
Figure BDA0002181286040000111
其中，所述结构单元A、B和C的摩尔比为(30～40)：(20～50)：(10～20)。
实施例2
本例提供了汽车漆用改性丙烯酸树脂的制备方法，具体为：在惰性气体保护下，将包含结构单元A、B和C的单体加入水中，再加入引发剂、乳化剂和甲苯加热反应，待反应完成冷却后，减压蒸馏即得所述汽车漆用改性丙烯酸树脂。
制备汽车漆用改性丙烯酸树脂时，单体溶液、引发剂、乳化剂、甲苯和水的质量比(100～200)：(10～20)：(5～10)：(10～50)：(300～500)。
其中，惰性气体优选氮气，水为去离子水，引发剂为过硫酸钾，乳化剂为OP-10。制备时，氮气保护下，在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将结构单元溶液缓慢滴入烧瓶中，4h内滴完，滴完后继续保持90℃反应20h，反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的汽车漆用改性丙烯酸树脂。
实施例3
本例提供了一种车用底面合一漆，包括以下重量份计的组分：
上述汽车漆用改性丙烯酸树脂，或上述述制备方法制备的汽车漆用改性丙烯酸树脂20～30份，颜料20～40份，流平剂0.5～1份，消泡剂0.5～1.0份，防沉剂0.5～1.0份，分散剂1.0～1.5份，增稠剂1.0～1.5份，紫外线吸收剂0.5～1.0份，固化剂10～20份，水20～40份。
其中，颜料包括钛白粉。流平剂包括瓦克HDK@N20，HDK@N20D和HDK@T30中的至少一种。消泡剂包括DISPERBYK-118和DISPERBYK-2158中的至少一种。防沉剂为海名斯P200X防沉剂和毕克ANTI-TERRA-203中的至少一种。分散剂为毕克DISPERBYK-118或DISPERBYK-2158中的至少一种。增稠剂为罗门哈斯TT-935。紫外线吸收剂包括UV-326和UV-329中的至少一种。固化剂为拜尔Bayhydur@3100、Bayhydur@XP2655和Bayhydur@BL5140中的至少一种。
实施例4
本例提供了车用底面合一漆的制备方法，步骤包括：
按配比称取所述汽车漆用改性丙烯酸树脂、颜料、流平剂、消泡剂、防沉剂、分散剂、增稠剂、紫外线吸收剂、固化剂和水，混匀即得车用底面合一漆。
实施例5
本例实际制备了一种车用底面合一漆，具体为：
取1L三口烧瓶，在氮气保护下，500mL滴液漏斗中加入300mL去离子水，随后加入58g A6单体，40gA28单体，40gB1单体，15g C1单体，13.5g过硫酸钾，5g乳化剂OP-10。氮气保护下在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将单体溶液慢慢滴入烧瓶中，4小时内滴完。滴完后继续保持90℃反应20小时。
反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的水性硅改性羟基丙烯酸树脂。
取样通过凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography，GPC)测试可知Mn＝18000，PDI＝1.8。
取上述树脂、钛白粉、水性流平剂
Figure BDA0002181286040000122
水性消泡剂BYK-028、防沉剂P200X、分散剂DISPERBYK-118、增稠剂TT-93、紫外线吸收剂UV-326、固化剂
Figure BDA0002181286040000121
3100和去离子水按照20-30：20-40：0.5-1：0.5-1：0.5-1：1-1.5：1-1.5：0.5-1：10-20：20-40的比例混合加入1L的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀。即可得到相应的白色汽车漆。
实施例6
本例实际制备了一种车用底面合一漆，具体为：
取1L三口烧瓶，在氮气保护下，500mL滴液漏斗中加入300mL去离子水，随后加入120g A8单体，35gA2单体，40gB1单体，15g C1单体，13.5g过硫酸钾，5g乳化剂OP-10。氮气保护下在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将单体溶液慢慢滴入烧瓶中，4小时内滴完。滴完后继续保持90℃反应20小时。
反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的水性硅改性羟基丙烯酸树脂。
取样通过凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography，GPC)测试可知Mn＝20000，PDI＝1.8。
取上述树脂、钛白粉、水性流平剂
Figure BDA0002181286040000134
水性消泡剂BYK-1610、防沉剂P200X、分散剂DISPERBYK-118、增稠剂TT-93、紫外线吸收剂UV-329、固化剂
Figure BDA0002181286040000131
3100和去离子水按照20-30：20-40：0.5-1：0.5-1：0.5-1：1-1.5：1-1.5：0.5-1：10-20：20-40的比例混合加入1L的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀。即可得到相应的白色汽车漆。
实施例7
本例实际制备了一种车用底面合一漆，具体为：
取1L三口烧瓶，在氮气保护下，500mL滴液漏斗中加入300mL去离子水，随后加入90g A9单体，70gA30单体，18gB8单体，35g C2单体，13.5g过硫酸钾，5g乳化剂OP-10。氮气保护下在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将单体溶液慢慢滴入烧瓶中，4小时内滴完。滴完后继续保持90℃反应20小时。
反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的水性硅改性羟基丙烯酸树脂。
取样通过凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography，GPC)测试可知Mn＝20000，PDI＝1.8。
取上述树脂、钛白粉、水性流平剂
Figure BDA0002181286040000132
水性消泡剂BYK-028、防沉剂ANTI-TERRA-203、分散剂DISPERBYK-118、增稠剂TT-93、紫外线吸收剂UV-326、固化剂
Figure BDA0002181286040000133
3100、去离子水按照20-30：20-40：0.5-1：0.5-1：0.5-1：1-1.5：1-1.5：0.5-1：10-20：20-40的比例混合加入1L的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀。即可得到相应的白色汽车漆。
实施例8
本例实际制备了一种车用底面合一漆，具体为：
取1L三口烧瓶，在氮气保护下，500mL滴液漏斗中加入300mL去离子水，随后加入90g A6单体，40gA29单体，40B16单体，40g C3单体，13.5g过硫酸钾，5g乳化剂OP-10。氮气保护下在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃。随后打开滴液漏斗，将单体溶液慢慢滴入烧瓶中，4小时内滴完。滴完后继续保持90℃反应20小时。
反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到相应的水性硅改性羟基丙烯酸树脂。
取样通过凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography，GPC)测试可知Mn＝19000，PDI＝1.9。
取上述树脂、钛白粉、水性流平剂
Figure BDA0002181286040000141
水性消泡剂BYK-1610、防沉剂P200X、分散剂DISPERBYK-118、增稠剂TT-93、紫外线吸收剂UV-329、固化剂
Figure BDA0002181286040000142
5140和去离子水按照20-30：20-40：0.5-1：0.5-1：0.5-1：1-1.5：1-1.5：0.5-1：10-20：20-40的比例混合加入1L的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀。即可得到相应的白色汽车漆。
检测例
本例测试了实施例5～8制备的车用底面合一漆的原漆性能，同时分别将实施例5～8制备的车用底面合一漆根据相关的国家标准制备成涂层板，测试了漆膜的性能。同时采用两种市售销量高的底面合一漆作为对比。结果如表1所示。
表1实施例5～8的车用底面合一漆的原漆性能和漆膜性能
Figure BDA0002181286040000143
Figure BDA0002181286040000151
从表1的测试结果可知，本发明实施例制备的涂料，细度均比市售涂料低，同时涂料的固含高于市售涂料，表干时间和实干时间与市售涂料相比大幅下降，漆膜光泽度和DOI明显优于现有的市售涂料。此外，漆膜的硬度、杯突性能、耐水性能均比市售涂料更优。

Claims (4)

1.一种车用底面合一漆，其特征在于，由以下重量份计的组分制备得到：
改性丙烯酸树脂20~30份，
颜料20~40份，
流平剂0.5~1份，
消泡剂0.5~1.0份，
防沉剂0.5~1.0份，
分散剂1.0~1.5份，
增稠剂1.0~1.5份，
紫外线吸收剂0.5~1.0份，
固化剂10~20份，
水20~40份；
所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
取1L三口烧瓶，在氮气保护下，500mL滴液漏斗中加入300mL去离子水，随后加入90g A9单体，70gA30单体，18gB8单体，35g C2单体，13.5g过硫酸钾，5g乳化剂OP-10，氮气保护下在烧瓶中加入10mL甲苯，并加热至95℃，随后打开滴液漏斗，将单体溶液慢慢滴入烧瓶中，4小时内滴完，滴完后继续保持90℃反应20小时，反应完成后，停止加热，待反应液冷却至室温，在真空泵下减压蒸馏除去低沸点物质，得到改性丙烯酸树脂；
A9单体衍生的结构单元为：
Figure 684484DEST_PATH_IMAGE001
A30单体衍生的结构单元为：
Figure 610852DEST_PATH_IMAGE002
B8单体衍生的结构单元为：
Figure 316902DEST_PATH_IMAGE003
C2单体衍生的结构单元为：
Figure 936102DEST_PATH_IMAGE004
。
2.根据权利要求1所述的车用底面合一漆，其特征在于，所述颜料包括钛白粉。
3.根据权利要求1所述的车用底面合一漆，其特征在于，所述消泡剂包括DISPERBYK-118和DISPERBYK-2158中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的车用底面合一漆，其特征在于，所述紫外线吸收剂包括UV-326和UV-329中的至少一种。
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