CN111073445A - 一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆及其应用 - Google Patents

一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆及其应用。该水性双组份漆包括复合乳液和固化剂，所述复合乳液包括水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液，不仅具有与水性环氧乳液单组分同等的耐水性和耐化学品性能，而且可以提升耐冲击性。同时，本发明还对所述水性丙烯酸乳液的乳化体系进行了优化，改善了水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液混合后的机械稳定性，避免了破乳或凝胶等现象。所述的水性双组份漆可在工程机械领域，特别是需要耐冲击性的金属防护涂料中进行应用。

Description

一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆及其应用。
背景技术
环氧树脂以其优异的附着性、热稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等，在涂料领域中得到了广泛的应用。常用的环氧树脂大多数为黏稠的液体或者固体，不溶于水，只溶于芳烃类、酮类及醇类等有机溶剂。随着人们对VOC(挥发性有机化合物)排放量的限制，溶剂型的环氧树脂在涂料领域中的应用受到限制。水性环氧树脂以水作为分散介质时，VOC排放量很低，安全性有很大提高，所以水性环氧树脂成为人们新的研究方向。
然而，水性环氧树脂虽然具有上述优异性能，但是由于其交联密度过高，无法完全满足一些应用环境对耐冲击性的较高要求。
通过将具有不同优势性能的树脂复合，可以弥补水性环氧树脂的上述缺陷。现有技术中存在一些通过接枝聚合反应制备兼具不同树脂性能的技术方案，如CN 102732134A、CN 107418355A、CN108329438A、CN 105732881A等专利文献中提到了将具有丙烯酸基团的单体接枝到环氧树脂分子中，CN 103555120A中提到了先利用二元醇、二元酸、酸酐和环氧单体合成具有接枝活性的水分散型聚酯，然后将丙烯酸酯类单体接枝到所述水分散型聚酯分子中。
但是通过接枝聚合等修改分子结构的方式对环氧树脂的性能进行改进时，存在一定的不可控因素，容易消耗环氧树脂本身的功能基团，使其原本所具有的优势性能收到影响。
另外，CN104788627A，CN108329438A，CN105732881A中提到的丙烯酸改性环氧的制法，是通过溶剂聚合丙烯酸树脂后加入环氧树脂和水进行转相乳液；或环氧树脂的溶液中进行丙烯酸单体的聚合，然后进行转相乳液，这些体系中仍然会残留相当多溶剂，如果通过减压蒸馏的方式去除则能源消耗及环境影响较大。而且，在丙烯酸单体中溶解环氧树脂后进行乳液聚合的方式对环氧树脂的含量有限，通常只能在8％～60％，仍然无法完全满足一些应用环境对抗冲击性及防腐性同时所具有的较高要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种兼具耐冲击性、耐水性及耐化学品性等优势的水性双组份漆，包括复合乳液和固化剂，所述复合乳液包括水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液，所述水性丙烯酸乳液为使用非离子乳化剂或阴离子非离子复合乳化剂所制得的合成树脂乳液，在所述阴离子非离子复合乳化剂中，阴离子乳化剂的使用量小于乳化剂总量的20wt％。
本发明发现，通过乳液复合时，更有利于保留水性环氧树脂本身所具有的优势，复合后的乳液不仅具有与水性环氧乳液单组分同等的耐水性和耐化学品性能，而且可以提升耐冲击性。
不过，水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液混合后机械稳定性较低，特别是在高温(60～70℃)下时，机械稳定性方面的缺陷更为明显，容易出现破乳或凝胶等现象。同时，加入固化剂后涂料会迅速凝胶，缩短开放时间，影响涂布效率。对此，本发明进一步对水性丙烯酸乳液进行了优化，使上述问题得到了较好地改善。
在本发明中，进一步优选所述非离子乳化剂为聚氧乙烯烷基醚类乳化剂。优选所述阴离子乳化剂为烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐。
作为优选，当所述水性丙烯酸酯乳液使用非离子乳化剂制备时，对涂料产品使用时的高温机械稳定性更为有利；同时，在加入固化剂后，也更有利于适当延长凝胶时间，改善涂布效率。
本发明中，在制备所述水性丙烯酸酯乳液时所使用的单体包括硬单体和软单体。其中，硬单体主要选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸叔丁酯、叔碳酸乙烯酯等Tg在30℃以上的含烯属不饱和基团的反应性单体，优选为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或其混合物；软单体主要选自甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等Tg在30℃以下的含烯属不饱和基团的反应性单体，优选为丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯中的一种或其混合物。
进一步优选的，在制备所述水性丙烯酸酯乳液时所使用的单体还包括功能性单体，所述的功能性单体主要选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、羟乙基丙烯酸酯、羟乙基甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯等含烯属不饱和基团及选自羟基、羧基、酰胺基、环氧基、氰基等中的至少一种基团的反应性单体。
作为优选，所述水性丙烯酸酯乳液的Tg(玻璃化转变温度，按FOX方程)为-40℃～40℃，优选为-20℃～20℃，最优选为-10℃～10℃，Tg太低会影响耐水性，Tg太高会降低耐冲击性。
在一些实施方式中，使用过硫酸铵作为引发剂制备所述水性丙烯酸酯乳液。
在一些实施方式中，所述水性丙烯酸酯乳液的固含量按重量百分比为45～50wt％。
作为优选，当所述水性环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液时，对产品的耐腐蚀性和柔韧性性能更为有利。
作为优选，当所述水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液的重量比为重量比为6:1～3:1时，双组分漆的耐冲击性和环氧树脂原有的性能如耐水性及耐化学品性等都得到较好地体现。
本发明中的固化剂为胺类固化剂，在应用于本发明的乳液体系时，优选所述胺类固化剂为聚酰胺树脂和/或芳香胺树脂。
优选地，所述复合乳液和固化剂的重量比为7:1～9:1。
依照环境需求，本领域人员可在复合乳液中加入一些常规的助剂，如选自分散剂、无机填料、防锈颜料、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、pH值调节剂中的一种或几种。
本发明进一步对应用上述助剂时的优选技术方案进行了探究，得到如下选择：
作为一种优选方案，所述无机填料为云母粉、钛白粉中的一种或其混合物。
作为一种优选方案，所述pH值调节剂为氨水、AMP-95中的一种或其混合物。
作为一种优选方案，所述防锈颜料为氧化铁、磷酸锌中的一种或其混合物。
除此之外，其他助剂依照本领域常规理解进行添加即可，如涂料领域内常用的分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂等都可以在本发明体系中使用并得到不错的使用效果，在此不做进一步限定。
除此之外，本领域人员可以依照公知常识对助剂的添加量做出调整，在此不做进一步限定。
在一些实施方式中，所述水性双组分漆中复合乳液的制备方法如下：在1000～3000rpm搅拌下，按顺序加入水性环氧树脂乳液，水性丙烯酸酯乳液及其他添加助剂和粉料并混合均匀后，得到复合乳液。
本发明进一步提供上述水性双组份漆在工程机械领域中的应用。
本发明进一步提供所述水性双组份漆在金属防护涂料中的应用。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供了一种可以保留水性环氧树脂本身所具有的优势，同时显著提升其耐冲击性的水性双组份漆，另外，该双组份漆在应用时还具有机械稳定性，可在工程机械领域，特别是需要耐冲击性的金属防护涂料中进行应用。
(2)本发明中的水性双组份漆获得方法简单，由于不涉及聚合反应，在成本及能源消耗等方面也具有明显的优势。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种水性双组份漆，包括重量比为8:1的复合乳液和固化剂，所述复合乳液包括按重量份计的以下成分：0.2份增稠剂(艾迪科UH-420)、0.2份氨水、0.7份分散剂(圣诺普科SN-5040)、0.1份消泡剂(BASF WBA)、8份氧化铁、7份云母粉、0.8份钛白粉、48份水性环氧乳液、12份水性丙烯酸乳液、1份成膜助剂；所述固化剂为聚酰胺树脂。
其中，所述水性环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液；所述水性丙烯酸乳液为使用丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸，苯乙烯，羟乙基丙烯酸酯作为单体，其中甲基丙烯酸占比1wt％，羟乙基丙烯酸酯占比1wt％，其余软硬单体调整比例，计算得到聚合物的总Tg为0℃，聚氧乙烯烷基醚类乳化剂作为乳化剂、过硫酸铵作为引发剂聚合而成的合成树脂乳液，固含量按重量百分比为48wt％。
该水性双组分漆中复合乳液的制备方法如下：在2000rpm搅拌下，按顺序加入水性环氧树脂乳液，水性丙烯酸酯乳液及其他添加助剂和粉料并混合均匀后，得到复合乳液。
实施例2
本实施例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：所述水性丙烯酸乳液以聚氧乙烯烷基醚类乳化剂及烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐作为乳化剂，其中，按重量百分比计，烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐使用量为乳化剂总量的15wt％。
该水性双组分漆的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：将所述水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液的重量比调整为6.5:1，即设置52份水性环氧乳液、8份水性丙烯酸酯乳液。
该水性双组分漆的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：所述水性环氧树脂乳液为酚醛型环氧树脂乳液。
实施例5
本实施例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：聚合物计算Tg为-20℃。
实施例6
本实施例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：聚合物计算Tg为20℃。
对比例1
本对比例提供一种水性漆，与实施例1的区别在于：将水性丙烯酸乳液替换为等量的双酚A型环氧树脂乳液。
对比例2
本对比例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：所述水性丙烯酸乳液使用烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐作为乳化剂制成。
对比例3
本对比例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：聚合物计算Tg为-50℃。
对比例4
本对比例提供一种水性双组份漆，与实施例1的区别在于：聚合物计算Tg为50℃。
试验例
本试验例对实施例和对比例中的水性双组份漆或水性漆的性能进行检测，检测结果见下表1～2。
表1
Figure BDA0002290053930000071
表2
Figure BDA0002290053930000072
Figure BDA0002290053930000081
其中，机械稳定性的测试方法如下：取500g样品放置于专用容器中，并循环水加热至指定温度(23℃或70℃)，保持30min以上，然后3000rpm高速搅拌20min，用400目过滤称量残渣。
凝胶时间的测试方法如下：取混合液400目过滤后，取150g样品，放置40℃烘箱中保存并确认其凝胶的具体时间。
柔韧性的测试方法参考GB/T 6742。
附着力的测试方法参考GB/T 9286。
耐冲击性的测试方法参考GB/T 20624.2-2006，选择直径12.7mm冲头进行测试。
初期耐水性的测试方法参考JH/T E06-2015附录D。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种具有高耐冲击性能的水性双组份漆，包括复合乳液和固化剂，其特征在于，所述复合乳液包括水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液，所述水性丙烯酸乳液为使用非离子乳化剂或阴离子非离子复合乳化剂所制得的合成树脂乳液，在所述阴离子非离子复合乳化剂中，阴离子乳化剂的使用量小于乳化剂总量的20wt％。
2.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述非离子乳化剂为聚氧乙烯烷基醚类乳化剂；和/或，所述阴离子乳化剂为烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐。
3.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述水性丙烯酸酯乳液的Tg为-40℃～40℃，优选为-20℃～20℃，最优选为-10℃～10℃。
4.根据权利要求3所述的水性双组分漆，其特征在于，在制备所述水性丙烯酸酯乳液时所使用的单体包括硬单体和软单体；
其中，所述硬单体选自Tg在30℃以上的含烯属不饱和基团的反应性单体；优选为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或其混合物；
所述软单体选自Tg在30℃以下的含烯属不饱和基团的反应性单体，优选为丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯中的一种或其混合物。
5.根据权利要求4所述的水性双组分漆，其特征在于，在制备所述水性丙烯酸酯乳液时所使用的单体还包括功能性单体；
所述功能性单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、羟乙基丙烯酸酯、羟乙基甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或其混合物。
6.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述水性环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液。
7.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述水性环氧乳液和水性丙烯酸酯乳液的重量比为6:1～3:1。
8.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺树脂和/或芳香胺树脂。
9.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述复合乳液和固化剂的重量比为7:1～9:1。
10.根据权利要求1所述的水性双组份漆，其特征在于，所述复合乳液还包括选自分散剂、无机填料、防锈颜料、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、pH值调节剂中的一种或几种。
11.根据权利要求10所述的水性双组份漆，其特征在于，所述无机填料为云母粉、钛白粉中的一种或其混合物；
和/或，所述pH值调节剂为氨水、AMP-95中的一种或其混合物；
和/或，所述防锈颜料为氧化铁、磷酸锌中的一种或其混合物。
12.权利要求1～11中任一项所述的水性双组份漆在工程机械领域中的应用。
13.权利要求1～11中任一项所述的水性双组份漆在金属防护涂料中的应用。
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