CN1151212C - 一种水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料及其制法 - Google Patents
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Abstract
一种水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料，它主要由水性丙烯酸树脂、无机固体填料和水溶性固化剂组成，水性丙烯酸树脂与无机固体填料的质量比是100∶40-120，水溶性固化剂用量为树脂质量的15-45%。本发明的防锈、绝缘涂料不含有毒有机溶剂和铬酸盐，附着力达一级，体积电阻大于1000欧姆每微米，耐水、防锈性能好。
Description
技术领域
本发明涉及丙烯酸树脂，具体地说是水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料。
背景技术
到目前为止，在导电钢片上形成一层绝缘层的技术以及涂料的配方已经有许多。最早的涂料主要是铬酸盐和磷酸盐在导电钢片上形成一层无机膜。尽管无机膜的耐热性优良，但是它的耐水性、抗冲击性、附着性都很差。最近，为了解决上述问题，已经有一些方法使用包含有机、无机两个主要组分的混合涂料配方。这种配方充分利用了无机膜良好的焊接性能和耐热性能以及有机膜优良的耐水、绝缘、抗冲击和粘附性能。例如美国专利US4,830,877、US4,844,753、US5,624,749、中国专利98,125,437中所提及的用于涂覆导电钢片以形成绝缘层的涂料中，全部是采用这类有机—无机混合涂料配方。
US4,844,753提出了一种在电磁钢片上形成一层绝缘膜的方法。配方中主要包括丙烯酸树脂、三聚氰二胺树脂、铬酸盐、乳化剂及分散剂，形成抗爆孔性较好的绝缘涂层。但是其固化速度较慢，在300℃下要三分钟固化成膜，会影响生产效率，并且使用对人体有害的铬酸盐。
US4,830,877提出的导电钢片上绝缘涂层的涂料配方主要包括含有不饱和羧酸的(甲基)丙烯酸树脂，并采用粉末状甲基丙烯酸甲酯以改善涂层的焊接性能。但是这个配方的无机组分含有有毒的铬酸盐，而且制备工艺较复杂。
US5,624,749利用乳液聚合方法制备核壳型乳液，核为交联的疏水性树脂，壳为亲水性树脂，制得的绝缘膜有很好的综合性能。但是制备工艺较复杂，势必会提高工厂的生产成本。而且制备过程中使用了大量的表面活性剂，使得涂料在使用中容易因为搅拌而起泡沫，最终使得的膜表面出现小孔等缺陷，从而降低了膜的绝缘性和耐腐蚀性。而且表面活性剂的加入也会降低涂料的稳定性和抗冻性能。
中国专利98,125,437所提及的涂料使用了商品化的酸性丙烯酸树脂制备此类涂料，主要改进了涂料的吸水性能，使涂料在潮湿的大气环境中不易发粘，但是涂料的配制过程中使用了对人体生理系统有危害而且已被禁用的醇醚类有机溶剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种在电磁钢片上形成优良绝缘涂层的、不用有毒有机溶剂和铬酸盐的水性丙烯酸树脂涂料。本发明的另一个目的是提供本发明的涂料的制法。
本发明的技术方案如下：
一种水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料，它主要由水性丙烯酸树脂、无机固体填料和水溶性固化剂组成，水性丙烯酸树脂与无机固体填料的质量比是100∶40-120，水溶性固化剂用量为树脂质量的15-45％，其中水性丙烯酸树脂主要由下列三种或四种单体聚合而成：
A.丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基是1-4碳原子的烷基，
B.丙烯酸羟基烷基酯或甲基丙烯酸羟基烷基酯，其中羟基烷基是羟乙基或羟丙基，
C.含不饱和双键的有机羧酸，
D.加或不加有烯类单体，
其中A、D组份之和与B、C组份之和的质量比为80-60∶20-40，聚合后所得的水性丙烯酸树脂，用有机碱的水溶液中和成水分散体。
上述涂料中的无机固体填料可以是钙、锌或铝的磷酸盐、硅酸盐或碳酸盐、或钛白粉，或者是它们的混合物，它们的平均粒径为0.1-0.5μm，并经有机硅偶联剂表面活化处理。水性丙烯酸树脂水分散体的平均粒径为0.1-0.4μm。丙烯酸树脂与水的质量比为100∶40-60。
上述涂料的水性丙烯酸树脂的单体中烯类单体可以是丙烯腈、苯乙烯或异丁烯。
上述涂料中，中和用的有机碱为沸点在100-200℃的有机胺，如三乙胺、二甲基乙醇胺或二氨基二甲基丙醇。
本发明的水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料的制法，它主要包括下列步骤：
A.将30-45份(质量，下同)醇类溶剂置于反应釜中，升温至80-90℃，搅拌下一次性加入溶有油溶性自由基引发剂的25-35份含有上述A、B、C、D四种单体的混合单体，保温30-60分钟，再缓缓滴入上述的溶有引发剂的混合单体75-65份，滴加完毕，保温40-60分钟，测定双键含量，确保单体转化率大于97％后降温，加有机碱中和至PH6-8，
B.将步骤A制得的水性丙烯酸树脂，加入固化剂和无机填料，加水稀释到粘度为30-80秒(按GB1723-79的方法以涂-4粘度计测定)。球磨或砂磨使涂料混合均匀，即得本发明的水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料。
本发明的涂料以1-4克/m2的用量辊涂于经过处理的钢片上，在300-500℃烘干成膜。此涂料固化速度快，在300℃，1分钟即固化完全。
本发明的水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料不含有毒有机溶剂和铬酸盐，附着力达一级，体积电阻大于1000欧姆每微米，耐水、防锈性能好。
附图说明：
图1是树脂粒径分布图；
图2是填料粒径分布图。
具体实施方式
以下通过实施例说明本发明。
实施例1：
单体用量：
甲基丙烯酸甲酯 65份
甲基丙烯酸 20份
丙烯酸羟乙酯 15份
引发剂(偶氮二异丁腈)用量： 1份
溶剂(异丙醇)用量： 30份
中和剂(三乙胺)用量： 10份
将65份甲基丙烯酸甲酯，20份甲基丙烯酸，15份丙烯酸羟乙酯，加1份偶氮二异丁腈混合均匀，组成混合单体。
将30份异丙醇置于反应釜中，升温至80℃，在搅拌下，一次性加入上述混合单体25份，保温30分钟，再缓缓滴入上述剩下的混合单体75份，滴加完华保温60分钟，测定双键含量，单体转化率大于97％，降温，加入三乙胺10份，中和至PH＝6-8。
取100份上述水性丙烯酸树脂，加入25份氨基树脂570-1(上海新华树脂厂)作为固化剂及60份无机填料(无机填料的组成为：磷酸锌10份、磷酸铝20份、高岭土60份超细前加入有机硅偶联剂KH-570，南京曙光化工厂生产)，再加入适量水稀释到滚涂所需的粘度30-50秒(按GB1723-79的方法以涂-4粘度计测定)。球磨使得涂料混合均匀。将钢片经过除油处理，将配好的涂料滚涂于经处理的钢片上。在烘箱中于300℃一分钟干燥成膜。
下表给出了涂料及涂覆的钢片所进行的检验结果
涂料粘度 按GB1723-79的方法测定：涂-4粘度计50秒 25±1℃
贮存稳定性 按GB6735.3-86的方法测定：通过
耐冻融性 按GB9268-88的方法测定：试验样品及干漆膜无变化
漆膜厚度 按GB1764-79的方法测定：漆膜厚度为2微米
绝缘性 按HG2-59-78的方法测定：体积电阻大于1000欧姆每微米
耐水性 按GB1733-79的方法测定：合格
耐油性 按GB1739-79的方法测定：合格
附着力 按GB1720-79的方法测定：附着力为一级
漆膜吸水率 按GB1738-79的方法测定：小于5％
实施例2：
单体用量：
丙烯酸乙酯 70份
衣糠酸 20份
丙烯酸羟丙酯 10份
引发剂(过氧化十二酰)用量： 3份
溶剂(正丁醇)用量： 40份
中和剂(二甲基乙醇胺)用量； 5份
将70份丙烯酸乙酯，20份衣糠酸，10份丙烯酸羟丙酯，加3份过氧化十二酰混合均匀，组成混合单体。
将40份正丁醇置于反应釜中，升温至90℃，在搅拌下，一次性加入上述混合单体35份，保温60分钟，再缓缓滴入上述剩余的混合单体65份，滴加完华保温40分钟，测定双键含量，单体转化率大于97％，降温，加入二甲基乙醇胺5份，中和至PH＝6-8。
取100份上述水性丙烯酸树脂，加入40份甲氧基甲基嘧胺树脂UformiteMM-83(Rohm&Hassco)固化剂及40份无机填料(无机填料的组成为：磷酸锌45份、碳酸钙40份、高岭土15份超细前加入有机硅偶联剂KH-570做表面处理)，再加入适量水稀释到滚涂所需的30-50秒(按GB1723-79的方法以涂-4粘度计测定)。球磨使得涂料混合均匀。将钢片经过除油处理，将配好的涂料滚涂于经处理的钢片上。在烘箱中于250℃一分半钟干燥成膜。
下表给出了涂料及涂覆的钢片所进行的检验结果
涂料粘度 按GB1723-79的方法测定：涂-4粘度计45秒 25±1℃
贮存稳定性 按GB6735.3-86的方法测定：通过
耐冻融性 按GB9268-88的方法测定：试验样品及干漆膜无变化
漆膜厚度 按GB1764-79的方法测定：漆膜厚度为2微米
绝缘性 按HG2-59-78的方法测定：体积电阻大于1000欧姆每微米
耐水性 按GB1733-79的方法测定：合格
耐油性 按GB1739-79的方法测定：合格
附着力 按GB1720-79的方法测定：附着力为一级
漆膜吸水率 按GB1738-79的方法测定：小于5％
实施例3：
单体用量：
甲基丙烯酸丁酯 50份
甲基丙烯酸 20份
甲基丙烯酸羟乙酯 18份
丙烯腈 12份
引发剂(过氧化苯甲酰)用量： 5份
溶剂(异丁醇)用量： 45份
中和剂(二氨基二甲基丙醇)用量：3份
以上述原料配方，如实施2的步骤制备水性丙烯酸树脂。
取100份上述水性丙烯酸树脂，加入45份部分甲基化嘧胺甲醛树脂Cymel373(American Cyanamid)固化剂及120份无机填料(无机填料的组成为：碳酸钙60份、硅酸铝25份、钛白粉25份超细前加入有机硅偶联剂KH-570)，再加入适量水稀释到滚涂所需的30-50秒(按GB1723-79的方法以涂-4粘度计测定)。球磨使得涂料混合均匀。将钢片经过除油处理，将配好的涂料滚涂于经处理的钢片上。在烘箱中于350℃40秒钟干燥成膜。
下表给出了涂料及涂覆的钢片所进行的检验结果
涂料粘度 按GB1723-79的方法测定：涂-4粘度计43秒 25±1℃
贮存稳定性 按GB6735.3-86的方法测定：通过
耐冻融性 按GB9268-88的方法测定：试验样品及干漆膜无变化
漆膜厚度 按GB1764-79的方法测定：漆膜厚度为2微米
绝缘性 按HG2-59-78的方法测定：体积电阻大于1000欧姆每微米
耐水性 按GB1733-79的方法测定：合格
耐油性 按GB1739-79的方法测定：合格
附着力 按GB1720-79的方法测定：附着力为一级
漆膜吸水率 按GB1738-79的方法测定：小于5％
实施例4
单体用量：
甲基丙烯酸丁酯 50份
甲基丙烯酸 20份
甲基丙烯酸羟乙酯 18份
异丁烯 12份
引发剂(过氧化苯甲酰)用量： 5份
溶剂(异丁醇)用量： 45份
中和剂(二氨基二甲基丙醇)用量： 3份
以上述原料配方，如实施例2的步骤制备水性丙烯酸树脂。
取100份上述水性丙烯酸树脂，加入45份部分甲基化嘧胺甲醛树脂Cymel373(American Cyanamid)固化剂及120份无机填料(无机填料的组成为：碳酸钙60份、硅酸铝25份、钛白粉25份超细前加入有机硅偶联剂KH-570)，再加入适量水稀释到滚涂所需的30-50秒(按GB1723-79的方法以涂-4粘度计测定)。球磨使得涂料混合均匀。将钢片经过除油处理，将配好的涂料滚涂于经处理的钢片上。在烘箱中于350℃ 40秒钟干燥成膜。
下表给出了涂料及涂覆的钢片所进行的检验结果
涂料粘度 按GB1723-79的方法测定：涂-4粘度计 43秒 25±1℃
贮存稳定性 按GB6735.3-86的方法测定：通过
耐冻融性 按GB9268-88的方法测定：试验样品及干漆膜无变化
漆膜厚度 按GB1764-79的方法测定：漆膜厚度为2微米
绝缘性 按HG2-59-78的方法测定：体积电阻大于1000欧姆每微米
耐水性 按GB1733-79的方法测定：合格
耐油性 按GB1739-79的方法测定：合格
附着力 按GB1720-79的方法测定：附着力为一级
漆膜吸水率 按GB1738-79的方法测定：小于5％
Claims (6)
1.一种水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料，其特征在于它主要由水性丙烯酸树脂、无机固体填料和水溶性固化剂组成，水性丙烯酸树脂与无机固体填料的质量比是100∶40～120，水溶性固化剂用量为树脂质量的15～45％，其中水性丙烯酸树脂主要由下列三种或四种单体聚合而成：
A.丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基是1～4碳原子的烷基，
B.丙烯酸羟基烷基酯或甲基丙烯酸羟基烷基酯，其中羟基烷基是羟乙基或羟丙基，
C.含不饱和双键的有机羟酸，
D.加或不加有烯类单体，
A、D组份之和与B、C组份之和的质量比为80～60∶20～40，并用有机碱中和成水分散体。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征是所述的无机固体填料是钙、锌或铝的磷酸盐，硅酸盐或碳酸盐、或钛白粉，或者是它们的混合物，它们的平均粒径为0.1～0.5μm，并经有机硅偶联剂表面活化处理。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征是水性丙烯酸树脂水分散体的平均粒径为0.1～0.4μm。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征是所述的水性丙烯酸树脂的单体中烯类单体是丙烯腈、苯乙烯或异丁烯。
5.根据权利要求1所述的涂料，中和用的有机碱为沸点在100～200℃的有机胺。
6.一种制备权利要求1所述的涂料的方法，其特征是主要包括下列步骤：
A.将醇类溶剂置于反应釜中，升温至80～90℃，搅拌下一次性加入溶有油溶性自由基引发剂的25～35份(质量)的权利要求1所述的混合单体，保温30～60分钟，再缓缓滴入溶有引发剂的混合单体75～65份，滴加完毕，保温40～60分钟，测定双键含量，确保单体转化率大于97％后降温，加有机碱中和至PH6～8，
B.将步骤A制得的水性丙烯酸树脂，加入固化剂和无机填料，加水稀释到以涂-4粘度计测定粘度为30～80秒，球磨或砂磨使涂料混合均匀，即得本发明的水性丙烯酸树脂防锈、绝缘涂料。
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