CN114989677A - 一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法 - Google Patents

一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，本发明的有益效果是，通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜的抗紫外线分解的性能，大大提高了高分子涂膜的耐候性；通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜表面的致密度和均匀度，提高高分子涂膜的外观；通过使用含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料，并通过极性材料把组合物中各物料有机的组合在一起，提高高分子涂膜的流平能力和光泽。

Description

一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备 方法
技术领域
本发明涉及水性高分子涂料技术领域，特别是一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法。
背景技术
随着工业的发展，环境污染越来越严重，PM2.5严重超标。PM2.5 问题引起公众普遍关注。按照新的环境空气质量标准，全国74个重点监测城市平均达标天数仅为37.6％。环境污染导致生态变坏，导致人类很多疾病发生，导致很多疾病发生率大大增加。
涂料涂装行业在环境污染因素中占有很大的比重，仅仅汽车涂装约占涂装行业的20％。以汽车涂装为例，汽车涂装涂装工艺主要有：溶剂型3C2B体系，溶剂型3C1B体系，水性3C2B体系，水性3C1B体系。
溶剂型3C2B体系，VOC高，溶剂释放多，对环境污染严重，能耗高。
溶剂型3C1B体系，VOC高，溶剂释放多，对环境污染严重，能耗低
水性3C2B：VOC比溶剂型3C1B低，能耗高
水性3C1B：VOC与水性3C2B相当，能耗降低
上述各涂层体系中3C2B体系VOC排放水平最高，水性3C1B体系 VOC排放水平最低。
水性高分子单层涂膜是涂装行业中新兴的一种涂装技术，相比其它涂装体系，能有效降低涂装过程产生的VOC，在防腐、机械、汽车等方面有广泛的应用。本发明人曾发明一种用于金属防腐的水性高分子涂膜，其耐盐雾性几乎等同于环氧富锌涂料的耐盐雾性，可广泛用于钢铁基材的防腐。而且可用于带锈基材的涂装，具有良好的耐候性，是防腐和防腐维修的良好材料。但是该产品光泽不高，仅能用于外观要求不高的防腐涂装。本发明提供一种水性高分子单层涂膜，该涂膜具有高光泽、高耐候，高外观，尤其适用于外观要求高是涂装，且不需要罩光清漆。应用本发明，涂装工艺可缩短至少一个工序，降低能耗，降低涂装成本，节约空间，最大限度降低涂装过程中的VOC排放，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，解决了现有的能耗高以及涂装成本的问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，包括：(a)15～50重量份水性丙烯酸树脂二级分散体、(b)15～50重量份水性聚酯改性丙烯酸树脂二级分散体，聚酯含量在10-30％之间、(c)1～3重量份分散剂、(d)10～20重量份钛白粉、(e)1～15重量份颜料、(f)1～ 5重量份溶剂、(g)1～3重量份的助剂、(h)0.5～2含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料以及(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料。
进一步地，所述组分(a)～(b)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100％重量份。
进一步地，所述组分(a)～(i)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100重量份％。余量可以是在使用时添加的组分。
进一步地，所述组分(a)以及组分(b)中，水性丙烯酸树脂组分的数均分子量在35000～90000，水性聚酯改性丙烯酸树脂的数均分子量在40000～100000之间。
进一步地，所述组分(b)比组分(a)的改性接枝率低5-20％为佳，所述数值为改性接枝率的绝对值。
进一步地，所述分散剂为水性涂料用分散剂，且所述分散剂为非离子型分散剂。
进一步地，所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂，且所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂。
进一步地，所述溶剂为高沸点溶剂，沸点在120℃以上。优选沸点在120℃－250℃之间。
进一步地，所述组分(f)包括0.1～1重量份的润湿剂，0.1～1 份的流平剂，1～5重量份的成膜助剂。
进一步地，所述成膜助剂的用量在1～5重量份之间，最佳用量为3～5重量份。
利用本发明的技术方案制作的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜的抗紫外线分解的性能，大大提高了高分子涂膜的耐候性；通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜表面的致密度和均匀度，提高高分子涂膜的外观；通过使用含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料，并通过极性材料把组合物中各物料有机的组合在一起，提高高分子涂膜的流平能力和光泽。
具体实施方式
一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，包括：(a)15～50重量份水性丙烯酸树脂二级分散体、 (b)15～50重量份水性聚酯改性丙烯酸树脂二级分散体，聚酯含量在10-30％之间、(c)1～3重量份分散剂、(d)10～20重量份钛白粉、(e)1～15重量份颜料、(f)1～5重量份溶剂、(g)1～3 重量份的助剂、(h)0.5～2含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料以及(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料；所述组分(a)～(b)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～ 100％重量份；所述组分(a)～(i)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100重量份％。余量可以是在使用时添加的组分；所述组分(a)以及组分(b)中，水性丙烯酸树脂组分的数均分子量在35000～90000，水性聚酯改性丙烯酸树脂的数均分子量在40000～100000之间；所述组分(b)比组分(a)的改性接枝率低5-20％为佳，所述数值为改性接枝率的绝对值；所述分散剂为水性涂料用分散剂，且所述分散剂为非离子型分散剂；所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂，且所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂；所述溶剂为高沸点溶剂，沸点在120℃以上。优选沸点在120℃－250℃之间；所述组分(f) 包括0.1～1重量份的润湿剂，0.1～1份的流平剂，1～5重量份的成膜助剂；所述成膜助剂的用量在1～5重量份之间，最佳用量为3～5重量份。
本实施方案的特点为，包括：(a)15～50重量份水性丙烯酸树脂二级分散体、(b)15～50重量份水性聚酯改性丙烯酸树脂二级分散体，聚酯含量在10-30％之间、(c)1～3重量份分散剂、 (d)10～20重量份钛白粉、(e)1～15重量份颜料、(f)1～5重量份溶剂、(g)1～3重量份的助剂、(h)0.5～2含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料以及(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料；通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜的抗紫外线分解的性能，大大提高了高分子涂膜的耐候性；通过改性纳米无机材料，提高高分子涂膜表面的致密度和均匀度，提高高分子涂膜的外观；通过使用含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料，并通过极性材料把组合物中各物料有机的组合在一起，提高高分子涂膜的流平能力和光泽。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
实施例：通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
实施例：(a)15～50重量份水性丙烯酸树脂二级分散体；(b)15～ 50重量份水性聚酯改性丙烯酸树脂二级分散体，聚酯含量在10-30％之间；(c)1～3重量份分散剂；(d)10～20重量份钛白粉；(e)1～15 重量份颜料；(f)1～5重量份溶剂；(g)1～3重量份的助剂；(h)0.5～2 含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料；(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料；且组分(a)～(b)的重量总和占高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100％重量份；上述组分中，组分(a)～(i)的重量总和占高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100重量份％。余量可以是在使用时添加的组分，例如本领域的颜料、填料或其组合；作为可在本发明中使用的钛白粉的用量没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，例如占高分子涂膜组合物总重量的10～20％，更具体地例如15～20％。更具体地，钛白粉可以举出R-2196(杜邦公司制造，金红石型)，CR-506(攀钢制造，金红石型)；作为可在本发明中使用的颜料，包括碳黑、黄色颜料、红色颜料等各种颜色的颜料。颜料的用量没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，例如占高分子涂膜组合物总重量的1～5％，更具体地例如1～ 10％。更具体地，碳黑可以列举出BLACK PEARL 280，C311等,例如可以占涂料组合物的0～3％，黄色颜料可以列举出颜料黄74、联苯胺黄等，例如客栈高分子涂膜组合物的1～15，更具体地例如1～10％；作为可在本发明中使用的溶剂，可以列举出乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、乙醇、正丙醇等，优先选择二乙二醇丁醚。溶剂的用量没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如溶剂用量1～5％，最佳用量2～4％，以高分子涂膜组合物总重量计；作为可在本发明中使用的助剂，可以列举润湿剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂等等。助剂的用量没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如助剂用量1～3％，最佳用量1～2％，以高分子涂膜组合物总重量计；作为可在本发明中使用的含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料，可以列举出水性聚氨酯分散体、封闭异氰酸酯、脲醛树脂、聚酰胺以及其它含亚氨基、氨基的有机物。这类物质的用量没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如高分子材料用量0.5％～2％，最佳用量0.5～1.5％，以高分子涂膜组合物总重量计；作为可在本发明中使用的组分(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料根据以下工艺制得；(NI1)取一合适容器，加入100重量份去离子水，5份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，升温到40℃，在40℃条件下搅拌15分钟，然后缓慢加入纳米二氧化钛5份，保持 40℃，搅拌2小时，得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化钛；(NI2)取一合适容器，加入100重量份去离子水，5 份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，升温到40℃，在40℃条件下搅拌15分钟，然后缓慢加入石墨烯5份，保持40℃，搅拌2小时，得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性的石墨烯；(NI3)取一合适容器，加入100重量份去离子水，5份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，升温到40℃，在40℃条件下搅拌15分钟，然后缓慢加入炭纳米管5份，保持40℃，搅拌2小时，得到3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性的碳纳米管；本发明中用于改性纳米材料的物质有含羟基化合物、含羧基的化合物、含氨基化合物、磷酸酯类化合物、硫酸酯类化合物、磺酸盐类化合物，以及其它高分子类化合物，这些化合物能和纳米材料进行化学结合、或者氢键结合或者是范德华力结合在一起。在高分子涂膜中，纳米材料通过改性化合物联结在一起，形成一个整体，通过协同效应提高高分子涂膜的机械性能、耐候性及其它功能；(a)和(b)选自a，b，c，d，中的任意两种；本发明用车辆的涂料组合物主要由组分(a)～(i)(组分(g)例如为0.01～0.5 重量份的润湿剂，0.01～0.5重量份的流平剂，1～5重量份的成膜助剂)按漆加工工艺制得；上述组分(a)和组分(b)中，水性丙烯酸树脂组分的数均分子量在35000～90000，水性聚酯改性丙烯酸树脂的数均分子量在40000～100000之间；组分(b)比组分(a)的改性接枝率低 5-20％为佳，数值为改性接枝率的绝对值；将水性丙烯酸树脂和水性聚酯改性丙烯酸树脂的搭配使用，可以显著改善流平性和光泽等性能；组分(a)和组分(b)二者的组合均可以市售得到。例如可以举出 VIACRYL VSC 6276w/44WA(湛新制，不挥发份44％，水性丙烯酸二级分散体)，VIACRYL VSC 6487w/47WA(湛新制，不挥发份47％，水性聚酯改性丙烯酸二级分散体)，SETQUA 6918水性丙烯酸树脂(湛新制，不挥发份45％，水分散性二级分散体)，DYR8218水性丙烯酸树脂， (鼎言材料科技有限公司，不挥发份50％)。可以选择其中一种使用，也可以选择其中几种搭配使用，优先选择VIACRYL VSC 6276w/44WA/ VIACRYLVSC 6800w/47WA混合使用，只要其接枝率的差距符合本发明的要求即可；组分(c)分散剂为水性涂料用分散剂；用量为1～5重量份；分散剂为非离子型分散剂；组分(c)可以市售得到，例如为DIS 2010(拜科庭)、VXW 6208、BYK 190、SOSPERSE 27000；本发明所选用的分散剂以非离子型分散剂为佳。非离子型分散剂在水中不产生阴离子或阳离子，和阴离子树脂及阳离子树脂都不会产生反应，能提高水性涂料的稳定性。且非离子型分散剂在水中不会产生正电荷或负电荷，对水性乳液或水性二级分散体的影响作用小，不会破坏乳液或二级分散体的电荷结构，也有助于提高水性涂料的稳定性；作为可在本发明中使用的分散剂，可以举出DIS 2010(拜科庭)、TEGO 655(赢创公司制造)、BYK-190(毕克化学制造)，SOLSPERSE27000(路博润公司制造)，VXW6208(湛新公司制造)。可以选择一种使用，也可选择几种混合使用。优先选择VXW6208、SOLSPERSE 27000。用量1～5 重量份，最佳选择2～4重量份；组分(f)进行了细致、深入的研究，发现醇醚类和醇醚类溶剂和醇醚酯类可改善水性涂料涂膜的流平、光泽、抗针孔性；溶剂为醇醚类溶剂、醇醚酯类溶剂；溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂；溶剂为高沸点溶剂，沸点在120℃以上。更优选地，沸点在120℃－250℃之间；组分(f)可以市售得到。优选地选自乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚，乙二醇乙醚醋酸酯；组分(g)组分(f)的涂料助剂没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可；具体地，组分(f)包括0.1～1重量份的润湿剂，0.1～1份的流平剂，1～5重量份的成膜助剂，以及余量的高分子学上可接受的其他涂料助剂；作为可在本发明中可以使用的润湿剂，可以选择市售的TEGO 280、BYK346、UL315、UL352等；作为可在本发明中可以使用的流平剂，可以选择市售的BYK331，TEGO GLIDE 100等，可以选择一种，也可以选择两种或几种混合使用；分散助剂和流平剂的混合比例没有具体限制。也即二者可以以任意比例互相混合，只要不对本发明的发明目的产生限制即可；作为可在本发明中使用的成膜助剂，可以选择TEXANOL、乙二醇乙醚醋酸酯，二乙二醇乙醚醋酸酯、十二醇酯。成膜助剂的用量在1～5重量份之间，最佳用量为3～5重量份；组分(h)含亚氨基、氨基等极性基团的材料为水溶性或水可分散型或者在助溶剂等其它成分帮助下水可溶性或水可分散型的材料，可以是含亚氨基的聚酯、聚醚、封闭异氰酸酯或其它任何含亚氨基的物质。比如具体地，比如湛新公司的DAOTAN 1236,万华的Adwel 1630,科思创的BL 3175，可以选择一种，也可以选择其中两种或多种混合；组分(i)可从(NI1)(NI2)(NI3)中选择，也可从本法明中举例的其它材料中选择相同工艺制得，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
按质量份数计以下组分。
Figure RE-GDA0003756489130000091
电泳+Monocoat外观
Figure RE-GDA0003756489130000092
Figure RE-GDA0003756489130000101
Figure RE-GDA0003756489130000102
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，包括：(a)15～50重量份水性丙烯酸树脂二级分散体、(b)15～50重量份水性聚酯改性丙烯酸树脂二级分散体，聚酯含量在10-30％之间、(c)1～3重量份分散剂、(d)10～20重量份钛白粉、(e)1～15重量份颜料、(f)1～5重量份溶剂、(g)1～3重量份的助剂、(h)0.5～2含亚氨基、氨基等极性基团的高分子材料以及(i)0.5～2重量份改性纳米无机材料。
2.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述组分(a)～(b)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100％重量份。
3.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述组分(a)～(i)的重量总和占所述高分子涂膜组合物组合物总重量的50～100重量份％。余量可以是在使用时添加的组分。
4.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述组分(a)以及组分(b)中，水性丙烯酸树脂组分的数均分子量在35000～90000，水性聚酯改性丙烯酸树脂的数均分子量在40000～100000之间。
5.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述组分(b)比组分(a)的改性接枝率低5-20％为佳，所述数值为改性接枝率的绝对值。
6.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述分散剂为水性涂料用分散剂，且所述分散剂为非离子型分散剂。
7.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂，且所述溶剂为水中溶解度大于10以上的溶剂。
8.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述溶剂为高沸点溶剂，沸点在120℃以上。优选沸点在120℃－250℃之间。
9.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述组分(f)包括0.1～1重量份的润湿剂，0.1～1份的流平剂，1～5重量份的成膜助剂。
10.根据权利要求1所述的一种超强耐候性高光泽水性高分子材料组合物及其涂膜制备方法，其特征在于，所述成膜助剂的用量在1～5重量份之间，最佳用量为3～5重量份。
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